[發明專利]基于NMPC的輪轂直驅空氣懸架系統及協同控制方法

有效

• 申請號: 202110098776.1
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112757860B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 李仲興;李忠遠;陳鑫;周鎣;江洪
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B60G17/019
• 分類號: B60G17/019;B60G17/018;B60G17/052
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于NMPC的輪轂直驅空氣懸架系統，其特征是：其由傳感器模塊、拓展觀測器模塊、NMPC控制器、阻尼系數控制器、阻尼系數執行機構、附加氣室控制器和附加氣室執行機構組成；

所述的傳感器模塊測量簧上質量垂向加速度輪胎與電機轉子質量垂向加速度和電機定子與剩余簧下質量垂向加速度并輸入到拓展觀測器模塊中；

所述的拓展觀測器模塊的輸出為簧上質量垂向位移z_s及其速度輪胎與電機轉子質量垂向位移z_ur及其速度和電機定子與剩余簧下質量垂向位移z_us及其速度

所述的NMPC控制器的輸入為拓展觀測器模塊輸出的簧上質量垂向位移z_s及其速度輪胎與電機轉子質量垂向位移z_ur及其速度電機定子與剩余簧下質量垂向位移z_us及其速度輸出為最優懸架力F_I；

所述的阻尼系數控制器的輸入為最優懸架力F_I和簧上質量垂向速度電機定子與剩余簧下質量垂向速度輸出為最優阻尼系數^*

c_s以及最優懸架力F_I與阻尼力的差值F_I-F_D；所述的最優阻尼系數c_s^*輸入到阻尼系數執行機構中；

所述的附加氣室控制器的輸入為最優懸架力F_I與阻尼力的差值F_I-F_D、簧上質量垂向位移z_s以及電機定子與剩余簧下質量垂向位移z_us，輸出為目標附加氣室容積所述的目標附加氣室容積輸入到附加氣室執行機構中。

2.一種基于NMPC的輪轂直驅空氣懸架系統的協同控制方法，其特征是包括以下步驟：

步驟A：NMPC控制器建立輪轂直驅空氣懸架系統的離散化預測模型x(k+1)為當前離散時間k下一時刻k+1的狀態量，x(k)、u(k)和y(k)為當前離散時間k下的狀態量、輸入量、輸出量，A_td、B_td、C_td、D_td分別為離散化狀態空間的狀態矩陣、輸入矩陣、輸出矩陣和前饋矩陣；

步驟B：將系統的控制目標轉換為成本函數J，第k個采樣時刻的可控制量u_c(k)要滿足F_min≤u_c(k)≤F_max，F_max是懸架的執行機構能提供的最大懸架力，F_min是各執行機構能提供的最小懸架力，設置懸架動行程約束f_dpress≤f_d≤f_dstretch，f_dpress為懸架壓縮行程極限值；f_dstretch為懸架拉伸行程極限值，將系統的優化問題描述為約束于求解可控制量u_c使成本函數J最小，得到最優懸架力F_I＝u_c；

步驟C：阻尼系數控制器求解得到最優阻尼系數阻尼力以及最優懸架力F_I與阻尼力F_D的差值F_I-F_D，c_aim為目標阻尼系數c_aim；

步驟D：附加氣室控制器求解出目標附加氣室容積k_v為空氣彈簧剛度系數；m為多變系數；A_e為空氣彈簧有效面積；p₀為初始狀態下空氣彈簧內壓；p_a為大氣壓強；V₀為空氣彈簧工作容積；為空氣彈簧容積隨彈簧位移的變化率；為空氣彈簧有效面積隨彈簧位移的變化率。

3.根據權利要求2所述的一種基于NMPC的輪轂直驅空氣懸架系統的協同控制方法，其特征是：步驟C中，目標阻尼系數