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原文传递基于差动制动和主动悬架的车辆侧倾和横摆运动控制系统及其设计方法

专利名称：	基于差动制动和主动悬架的车辆侧倾和横摆运动控制系统及其设计方法
摘要：	本发明公开了基于差动制动和主动悬架的车辆侧倾和横摆运动控制系统及其设计方法，基于车辆三自由度转向‑侧倾运动模型的状态方程，针对纵向速度时变问题，假设纵向车速信号可在线获得，将纵向车速的变化转化为实时纵向车速变化及其倒数的变化，建立纵向速度参数依赖的李雅普诺夫矩阵，以横向车速、侧倾角速度、侧倾角、横摆角速度信号进行状态向量重构，利用参数依赖H2控制算法，以车辆横向加速度、横摆角速度跟踪误差、侧倾角以及侧倾角速度为控制目标，设计汽车侧倾运动和横摆运动控制器，求取主动悬架控制力和差动制动系统横摆力矩。本发明的控制器考虑了纵向车速鲁棒稳定性，实现车辆侧倾运动和横摆运动控制。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏大学
发明人：	何仁;苑磊
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-07T00:00:00+0800
申请号：	CN201910135031.0
公开号：	CN109849610A
分类号：	B60G17/0195(2006.01);B;B60;B60G;B60G17
申请人地址：	212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
主权项：	1.基于差动制动和主动悬架的车辆侧倾和横摆运动控制系统的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，针对车辆转向工况，分析整车受力情况，求取车辆三自由度转向-侧倾运动系统状态方程；步骤2，选取车辆横向加速度、横摆角速度跟踪误差、侧倾角以及侧倾角速度为控制目标，建立侧倾安全和操纵稳定性综合性能指标；步骤3，将纵向车速的变化转化为实时纵向车速变化及其倒数的变化，建立依赖纵向车速参数的李雅普诺夫矩阵，设计车辆侧倾和横摆运动控制器；步骤4，求取车辆主动悬架的主动控制力和差动制动系统横摆力矩。 2.根据权利要求1所述的基于差动制动和主动悬架的车辆侧倾和横摆运动控制系统的设计方法，其特征在于，所述步骤1具体过程为：步骤1.1，车辆转向-侧倾运动动力学模型求取：依据牛顿第二定律，对整车沿横轴线、横摆轴线和侧倾轴线上受力分析，建立三自由度车辆转向-侧倾运动动力学模型；步骤1.2，建立转向-侧倾运动系统状态方程：选择车辆横向速度vy、横摆角速度γ、参考横摆角速度γd、侧倾角φ以及侧倾角速度组成转向-侧倾运动系统状态变量x，即选择前轴转向角δf作为干扰向量，w＝[δf]；左、右悬架主动控制力f1、f2以及差动制动产生的横摆力矩MB为控制向量u，即u＝[MB f1 f2]T；由此构建车辆的状态方程：式中：其中m是整车质量，v是车辆行驶速度，vx是车辆纵向行驶速度，lf是车辆质心到前轴的距离，lr是车辆质心到后轴的距离，Fyf是前轴处所受侧偏力，Fyr是后轴处所受侧偏力，ms是车身质量，cφ是侧倾角阻尼，kφ是侧倾角刚度，hs是车身质心到侧倾中心的垂直距离，Ix是车身绕质心纵轴的转动惯量，Iz是车身绕质心横轴的转动惯量，Cf和Cr分别为前后轮侧偏力、侧偏角的线性系数，T为悬架安装距，τ为时间常数。 3.根据权利要求2所述的基于差动制动和主动悬架的车辆侧倾和横摆运动控制系统的设计方法，其特征在于，所述步骤2具体过程为：构建侧倾安全和操纵稳定性二次型性能指标：其中，对应于矩阵A第一行中的各元素，对应于矩阵B2第一行中的各元素，其中c＝1，2，3，4，5，d＝1，2，3；为横摆角速度跟踪误差加权因子，为横向加速度加权因子，为侧倾角加权因子，为侧倾角速度加权因子，为差动制动系统的横摆力矩加权因子，为左前、右前主动悬架作动力的加权因子。 4.根据权利要求所述2的基于差动制动和主动悬架的车辆侧倾和横摆运动控制系统的设计方法，其特征在于，所述步骤3具体过程为：步骤3.1，建立依赖于纵向车速参数的系统矩阵将纵向车速vx的变化转化为两个摄动变量的变化：实时纵向车速va和实时纵向车速的倒数v′a，表示为：va＝M1(ξ1(t))vamin+M2(ξ1(t))vamax，v′a＝N1(ξ2(t))v′amin+N2(ξ2(t))v′amax，其中，ξ1(t)＝va，ξ2(t)＝v′a，vamin＝vxmin，vamax＝vxmax，vxmin为车辆的最小纵向车速，vxmax为车辆的最大纵向车速；令h1(ξ(t))＝2M1(ξ1(t))N2(ξ2(t))，h2(ξ(t))＝2M2(ξ1(t))N1(ξ2(t)) 将车辆的运动系统表示成依赖于参数va和v′a的参数依赖系统：其中，步骤3.2，设计依赖纵向车速的侧倾和横摆运动控制器设计参数依赖状态反馈控制器：其中Ki和Pi使λ最小，并满足以下线性矩阵不等式： Tr(Si)＜λ2 其中，i＝1,2，Pi为对称正定矩阵，λ为标量，Si、Ki、为适当维数的一般未知矩阵。 5.根据权利要求2所述的基于差动制动和主动悬架的车辆侧倾和横摆运动控制系统的设计方法，其特征在于，所述步骤4具体过程为：针对参数依赖的状态方程与车辆侧倾运动安全和操纵稳定性综合性能指标，计算出车辆主动悬架的主动控制力和差动制动系统横摆力矩u＝K(va,va′)x。 6.一种根据权利要求1-5所述的车辆侧倾和横摆运动控制系统，其特征在于，在垂直方向上，车轮位于车身的下方外侧，车轮与车身之间并联有悬架弹簧、固定阻尼减振器和悬架控制力发生器，车身上设有侧倾角传感器、横摆角速度传感器、车速传感器，上述传感器与车辆侧倾和横摆运动控制器相连接，车辆侧倾和横摆运动控制器还与悬架控制力发生器和差动制动系统连接。 7.根据权利要求6所述的车辆侧倾和横摆运动控制系统，其特征在于，所述差动制动系统包括左前轮制动器、右前轮制动器、左后轮制动器和右后轮制动器。
所属类别：	发明专利