[發明專利]一種電控懸架整車耦合的最優控制方法

有效

• 申請號: 202110743615.3
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113378408B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 齊少東;白先旭;祝安定;李維漢
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

1.一種電控懸架整車耦合的最優控制方法，其特征是按如下步驟進行：

步驟1：布置信號收集機構；

所需信號收集機構包括：轉角傳感器、車速傳感器、縱向加速度傳感器；

所述轉角傳感器安裝在方向盤下方的方向柱內，用于收集前輪轉角信號；

所述車速傳感器安裝在變速箱輸出軸的一側，用于收集實時的汽車車速；

所述縱向加速度傳感器安裝在汽車重心的前端，用于收集車輛行駛時的縱向加速度；

步驟2：利用整車橫向模型獲得橫向加速度；

步驟2.1：設定當前時刻為t并初始化，獲取信號收集機構所采集的數據，包括：當前時刻t整車的前輪轉角δ(t)、車速v(t)和俯仰運動的縱向加速度a_x(t)；

步驟2.2：根據當前時刻t整車的前輪轉角δ(t)和車速v(t)，利用整車橫向模型計算整車質心的側偏角速度和橫擺角速度

步驟2.3：利用式(1)計算當前時刻t整車側傾運動的橫向加速度a_y(t)；

步驟3：搭建耦合俯仰和側傾運動的整車懸架模型，即整車耦合模型；

步驟3.1：所述整車耦合模型的參數包括：質心至前軸的距離a，質心至后軸的距離b，前輪距的一半距離c，后輪距的一半距離d，簧載質心距側傾中心的距離h_x，簧載質心距俯仰中心距離h_y，簧載質量x軸轉動慣量J_x，簧載質量y軸轉動慣量J_y，第i個懸架剛度k_si，第i個懸架阻尼c_si，第i個輪胎對應輪胎剛度k_ti，當i＝1時，對應左前車輪，當i＝2時，對應右前車輪，當i＝3時，對應左后車輪，當時，i＝4對應右后車輪；

步驟3.2：利用式(2)分別計算得到第i個懸架力F_si和第i個輪胎力F_ti，并取第i個懸架力F_si在懸架拉伸方向為正方向，第i個輪胎力F_ti在輪胎拉伸方向為正方向；

式(2)中，z_si、為第i個懸架簧載質量的位移、速度和加速度，z_ti、為第i個懸架非簧載質量的位移、速度和加速度，z_ri為第i個車輪對應的路面輸入位移，u_i為第i個電控執行器的輸出力；

步驟3.3：利用式(3)-式(6)搭建整車耦合模型；

利用式(3)建立車身耦合側傾運動方程；

利用式(4)建立車身耦合俯仰運動方程；M₀表示為整車質量；

利用式(5)建立車身垂向運動方程；

利用式(6)建立四個輪胎非簧載垂向運動方程；

式(3)-式(6)中，為整車的俯仰角加速度，為整車的側傾角加速度，為整車簧載質量的加速度；

步驟4：建立整車耦合模型的狀態方程和輸出方程；

步驟4.1：令電控執行器的輸出力矩陣U＝[u₁ u₂ u₃ u₄]^T，路面輸入位移矩陣W_r＝[z_r1z_r2 z_r3 z_r4]^T，橫向輸入矩陣W_y＝a_y，縱向輸入矩陣W_x＝a_x，綜合輸入矩陣W＝[W_r W_x W_y]^T；

步驟4.2：設置整車耦合模型的狀態變量為：

其中，θ、分別為整車的俯仰角、俯仰角速度；分別為整車的側傾角、側傾角速度；Z、分別為整車簧載質量位移、速度；

步驟4.3：將綜合輸入矩陣W輸入整車耦合模型中，從而得到輸出變量：

步驟4.4：利用式(7)建立整車耦合模型的狀態方程和輸出方程；

式(7)中，A、B、C、D、H、L為六個參數矩陣；

步驟5：設計整車耦合的最優控制策略；

步驟5.1：利用式(8)得到整車耦合系統的代價函數J；

式(8)中，U_q表示控制參數矩陣，且H_q表示量化參數矩陣，且f表示狀態參數矩陣，且f＝[2(CX)^TQD+2(LW)^TQD 0]；其中，ε為松弛因子，ρ為松弛因子的權重系數；Q表示以輸出變量為指標的權重矩陣；

步驟5.2：通過當前時刻t下電控執行器所能輸出的最小力u_min(t)與最大力u_max(t)對代價函數J進行約束限制，并利用QP算法對代價函數J進行求解控制，從而得到當前時刻t的最優控制輸出u_optimal(t)并提供給電控執行器作為當前時刻t下的主動控制力。