[發(fā)明專利]一種基于路面等級識別的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)最優(yōu)主動(dòng)懸架控制方法

在審

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• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113352832A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳曉建;張庭芳;王愛春;燕冬;黃菊花;伍磊
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號: B60G17/018
• 分類號: B60G17/018;B60G17/0165
• 代理公司: 南昌金軒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 36129
• 代理人: 夏軍

本發(fā)明的一種基于路面等級識別及多目標(biāo)動(dòng)態(tài)最優(yōu)的主動(dòng)懸架控制方法，針對不同路面等級下車輛對平順性、撞擊橡膠限位安全性、操穩(wěn)性等多目標(biāo)的不同需求，離線優(yōu)化得到車身垂向加速度(平順性)、懸架動(dòng)撓度(撞擊橡膠限位概率)、車輪動(dòng)載荷(車輪附著安全性)等三項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)占不同權(quán)重的LQR最優(yōu)Q和R加權(quán)矩陣；通過車載傳感器測量車輛垂向動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，采用智能聚類算法對路面等級進(jìn)行在線識別，從而根據(jù)當(dāng)前路面等級針對性切換最優(yōu)Q和R加權(quán)矩陣，實(shí)現(xiàn)不同路面等級下的不同權(quán)重多目標(biāo)最優(yōu)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及汽車懸架技術(shù)領(lǐng)領(lǐng)域，更具體的，涉及一種基于路面等級識別的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)最優(yōu)主動(dòng)懸架控制方法。

背景技術(shù)

懸架系統(tǒng)性能的優(yōu)劣嚴(yán)重影響車輛的乘坐舒適性、撞擊橡膠限位概率以及操縱穩(wěn)定性，被動(dòng)懸架存在設(shè)計(jì)后的工作特性無法隨工況按需調(diào)節(jié)導(dǎo)致道路適應(yīng)性差問題，主動(dòng)懸架則增加了力發(fā)生裝置，通過有源輸入抵消路面不平度產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)，可維持懸架處于更佳的工作狀態(tài)。需要注意的是，懸架系統(tǒng)的平順性、懸架動(dòng)撓度及車輪動(dòng)變形存在局部相容與沖突，主動(dòng)控制需要兼顧多目標(biāo)的綜合最優(yōu)。

為提高主動(dòng)懸架多目標(biāo)最優(yōu)控制效果，常采用LQR算法進(jìn)行加權(quán)控制，目前已有不少研究與應(yīng)用對LQR控制器的加權(quán)矩陣Q和R進(jìn)行了最優(yōu)設(shè)計(jì)，但不足在于最優(yōu)加權(quán)矩陣無法體現(xiàn)車輛以不同車速行駛在不同等級路面時(shí)對懸架性能需求的動(dòng)態(tài)變化。如，在路況良好的A級或B級路面，車身垂向振動(dòng)響應(yīng)本身較小，駕駛員對平順性改善要求降低，但該些路況上車輛行駛車速高，對關(guān)系車輛操操縱穩(wěn)定的車輪動(dòng)載荷要求提高，此時(shí)不能也沒必要大幅犧牲車輪動(dòng)載荷來提高平順性；而在路況差的C級或D級路面，行駛車速偏低，此時(shí)輪胎側(cè)向力滿足操穩(wěn)性需求的裕度較大，但乘坐舒適性差，主動(dòng)懸架控制可更大程度犧牲車輪動(dòng)載荷以進(jìn)一步提高行駛平順性。因此，本發(fā)明提出一種基于路面等級識別的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)最優(yōu)主動(dòng)懸架控制方法，針對不同的路面等級和行駛車速，使LQR控制的加權(quán)矩陣Q和R具有路面等級適應(yīng)性、隨各性能需求而最優(yōu)調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種基于路面等級識別的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)最優(yōu)主動(dòng)懸架控制方法，針對不同的路面等級和行駛車速，使LQR控制的加權(quán)矩陣Q和R具有路面等級適應(yīng)性、隨各性能需求而最優(yōu)調(diào)整。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明所述的一種基于路面等級識別的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)最優(yōu)主動(dòng)懸架控制方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)建立懸架系統(tǒng)狀態(tài)空間方程

其中X為狀態(tài)變量，U為輸入，包括作動(dòng)力輸入及路面不平度輸入，Y為輸出量，A₁、B₁、C₁、D₁為系數(shù)矩陣；

(4)構(gòu)建LQR線性二次型優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：

其中，Q和R為加權(quán)系數(shù)矩陣，為待優(yōu)化的變量；

(5)采用最優(yōu)算法進(jìn)行Q及R矩陣優(yōu)化，所述特征在于：

(i)確定車輛以不同車速行駛于不同等級路面時(shí)的性能評價(jià)指標(biāo)及各指標(biāo)權(quán)重，即以車身加速度均方根值懸架動(dòng)撓度均方根值及車輪動(dòng)變形均方根值為懸架性能評價(jià)指標(biāo)，三個(gè)性能的加權(quán)系數(shù)依次為ε₁、ε₂和ε₃，由此得到遺傳算法加權(quán)優(yōu)化目標(biāo)為：

(ii)在路況良好的A級或B級路面，車輛平均通過車速較高，平順性控制及懸架動(dòng)撓度限制需求小，但為給操穩(wěn)性留下控制裕度，在最優(yōu)算法優(yōu)化目標(biāo)中增加車輪動(dòng)載荷控制權(quán)重ε₃；反之，在路況較差的C級、D級甚至更加惡劣的道路狀況，車輛平均通過車速較低，操穩(wěn)性控制需求小，平順性控制及懸架動(dòng)撓度限制需求大，此時(shí)，在最優(yōu)算法優(yōu)化目標(biāo)中增加車身加速度權(quán)重ε₁和懸架動(dòng)撓度權(quán)重ε₂；