[發明專利]一種基于MPC的互聯空氣懸架協同控制系統及方法有效

申請號：	202010594863.1	申請日：	2020-06-28
公開（公告）號：	CN111845240B	公開（公告）日：	2022-04-26
發明（設計）人：	李仲興;周鎣;于文浩;江洪	申請（專利權）人：	江蘇大學
主分類號：	B60G17/015	分類號：	B60G17/015;B60G17/0195;B60G17/052;B60G17/019
代理公司：	暫無信息	代理人：	暫無信息
地址：	212013 江***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于 mpc 空氣懸架協同控制系統方法
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【權利要求書】：

1.一種基于MPC的互聯空氣懸架協同控制方法，其特征是：基于MPC的互聯空氣懸架協同控制系統，該互聯空氣懸架協同控制系統由傳感器模塊、拓展觀測器模塊、MPC控制器、阻尼系數控制器、互聯狀態控制器、車身高度控制器、阻尼系數執行機構、互聯狀態執行機構和車身高度執行機構組成；傳感器模塊測量前左懸架行程速度前右懸架行程速度后左懸架行程速度和后右懸架行程速度測量側傾角速度俯仰角速度和質心處簧上質量加速度以及測量前左空氣彈簧氣壓P_fl、前右空氣彈簧氣壓P_fr、后左空氣彈簧氣壓P_rl和后右空氣彈簧氣壓P_rr信息，并將前左懸架行程速度前右懸架行程速度后左懸架行程速度后右懸架行程速度側傾角速度俯仰角速度和質心處簧上質量加速度信息傳輸至拓展觀測器模塊，將前左懸架行程速度前右懸架行程速度后左懸架行程速度后右懸架行程速度傳輸至阻尼系數控制器，將前左空氣彈簧氣壓P_fl、前右空氣彈簧氣壓P_fr、后左空氣彈簧氣壓P_rl和后右空氣彈簧氣壓P_rr輸送至互聯狀態控制器和車身高度控制器；拓展觀測器模塊估計出質心處簧上質量的垂向位移Z_s及其速度前左簧下質量的垂向位移Z_ufl及其速度前右簧下質量的垂向位移Z_ufr及其速度后左簧下質量的垂向位移Z_url及其速度后右簧下質量的垂向位移Z_urr及其速度前左輪胎處路面激勵q_fl、前右輪胎處路面激勵q_fr、后左輪胎處路面激勵q_rl和后右輪胎處路面激勵q_rr并傳輸至MPC控制器；MPC控制器得到最優懸架力F＝[F_fl，F_fr，F_rl，F_rr]并傳輸至阻尼系數控制器，F_fl為前左懸架的最優懸架力、F_fr為前右最優懸架力、F_rl為后左最優懸架力、F_rr為后右最優懸架力；阻尼系數控制器求解得到前左最優阻尼系數c_fl^*、前右最優阻尼系數c_fr^*、后左最優阻尼系數c_rl^*、后右最優阻尼系數c_rr^*、前左最優懸架力與前左阻尼力的差值F_fl-F_Dfl、前右最優懸架力與前右阻尼力的差值F_fr-F_Dfr、后左最優懸架力與前右阻尼力的差值F_rl-F_Drl、后右最優懸架力與后右阻尼力的差值F_rr-F_Drr，并將前左最優阻尼系數c_fl^*、前右最優阻尼系數c_fr^*、后左最優阻尼系數c_rl^*、后右最優阻尼系數c_rr^*傳輸給阻尼系數執行機構，將前左最優懸架力與前左阻尼力的差值F_fl-F_Dfl、前右最優懸架力與前右阻尼力的差值F_fr-F_Dfr、后左最優懸架力與前右阻尼力的差值F_rl-F_Drl、后右最優懸架力與后右阻尼力的差值F_rr-F_Drr傳輸給互聯狀態控制器；互聯狀態控制器求解得到前左互聯狀態執行機構開啟時間t_Ifl、前右互聯狀態執行機構開啟時間t_Ifr、后左互聯狀態執行機構開啟時間t_Irl、后右互聯狀態執行機構開啟時間t_Irr并輸送至互聯狀態執行機構，求解得到剩余的前左最優懸架力F_fl-F_Dfl-F_Ifl、剩余的前右最優懸架力F_fr-F_Dfr-F_Ifr、剩余的后左最優懸架力F_rl-F_Drl-F_Irl、剩余的后右最優懸架力F_rr-F_Drr-F_Irr并輸送至車身高度控制器；車身高度控制器輸出前左車身高度執行機構開啟時間t_Hfl、前右車身高度執行機構開啟時間t_Hfr、后左車身高度執行機構開啟時間t_Hrl、后右車身高度執行機構開啟時間t_Hrr至車身高度控制器；包括以下步驟：

步驟(1)：建立系統的離散化狀態空間方程，根據離散化狀態空間方程中的狀態變量和控制量u[k]構建成本函數，制定約束為F_min≤u[k]≤F_max，求解控制量u[k]使得成本函數最小，得到優化的MPC控制器，u[k]＝[F_fl，F_fr，F_rl，F_rr]，F_max、F_min分別是各懸架的執行機構能提供的最大、最小懸架力；

步驟(2)：阻尼系數控制器根據前左最優懸架力F_fl和前左懸架行程速度計算出前左目標阻尼系數將前左目標阻尼系數c_aimfl與前左最大、最小阻尼系數c_maxfl、c_minfl相比較得到前左最優阻尼系數c_fl^*；計算出前左阻尼力判斷F_fl＞F_Dfl是否成立，若否，則流程結束，若是，則阻尼系數控制器計算前左最優懸架力與前左阻尼力的差值F_fl-F_Dfl并輸入到互聯狀態控制器；同理得到前右、后左、后右最優阻尼系數c_fr^*、c_rl^*、c_rr^*、前右、后左、后右阻尼力F_Dfr、F_Drl、F_Drr以及差值F_fr-F_Dfr、F_rl-F_Drl、F_rr-F_Drr；

步驟(3)：互聯狀態控制器根據式計算出前左空氣彈簧氣壓改變的目標值ΔP_Iaimfl，A_efl為前左空氣彈簧的有效面積，將目標值ΔP_Iaimfl與前左空氣彈簧氣壓的最大、最小值ΔP_maxfl、ΔP_flmin作比較得到前左空氣彈簧氣壓改變的目標最優值ΔP_Ifl，計算出前左互聯狀態執行機構開啟時間t_Ifl＝ΔP_Ifl×k_I，k_I是互聯狀態改變空氣彈簧單位氣壓值所需的時間，同理得到前右、后左、后右互聯狀態執行機構開啟時間t_Ifr、t_Irl、t_Irr；

步驟(4)：互聯狀態控制器計算出懸架力F_Ifl＝ΔP_Ifl·A_efl，A_efl是各個空氣彈簧的有效面積A_efl，判斷F_fl-F_Dfl＞F_Ifl是否成立，如果不成立，流程結束，如果成立，將剩余的前左最優懸架力F_fl-F_Dfl-F_Ifl輸送至車身高度控制器；同理得到剩余的前右、后左、后右最優懸架力F_fr-F_Dfr-F_Ifr、F_rl-F_Drl-F_Irl、F_rr-F_Drr-F_Irr；

步驟(5)：車身高度控制器計算出前左空氣彈簧氣壓的改變目標值A_efl為前左空氣彈簧的有效面積，將改變目標值ΔP_aimHfl與前左空氣彈簧氣壓的最大、最小值ΔP_maxfl、ΔP_flmin作比較得到改變最優值ΔP_Hfl，計算出前左車身高度執行機構開啟時間t_Hfl＝ΔP_Hfl×k_H，k_H是車身高度調節空氣彈簧單位氣壓值所需的時間。