[發(fā)明專利]一種基于輪胎力估計的車輛主動懸架控制器設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211240670.1
• 申請日: 2022-10-11
• 公開（公告）號: CN115891545A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉爽;李明璇;王文波;唐經(jīng)天;潘佳輝
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: B60G17/015
• 分類號: B60G17/015
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

1.一種基于輪胎力估計的車輛主動懸架控制器設(shè)計方法，其特征在于，步驟如下：

步驟一：建立二自由度非線性主動懸架模型，定義狀態(tài)變量，并結(jié)合微分同胚的概念構(gòu)建系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式；

步驟二：根據(jù)步驟一建立的懸架模型推導(dǎo)設(shè)計出懸架控制器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于輪胎力估計的車輛主動懸架控制器設(shè)計方法，其特征在于：步驟一中所述定義狀態(tài)變量具體為將懸架動行程定義為系統(tǒng)狀態(tài)變量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于輪胎力估計的車輛主動懸架控制器設(shè)計方法，其特征在于：所述步驟二中設(shè)計懸架控制器時，使用障礙李雅普諾夫函數(shù)直接對懸架動行程進行限制。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于輪胎力估計的車輛主動懸架控制器設(shè)計方法，其特征在于：所述步驟二中設(shè)計懸架控制器時，利用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)對輪胎受力進行近似替換。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于輪胎力估計的車輛主動懸架控制器設(shè)計方法，其特征在于：步驟一具體包括：

建立二自由度非線性主動懸架模型，根據(jù)牛頓第二定律可建立懸架系統(tǒng)的微分方程，即

其中，m_s、m_u分別為車身質(zhì)量和車輪質(zhì)量，x_s為車身質(zhì)心處垂直位移，x_u為車輪垂直位移，x_r為車輪隨機路面激勵，k_s和c_s分別為懸架的彈簧剛度和阻尼，f為輪胎的非線性受力，u為懸架控制器控制力；

選取懸架系統(tǒng)模型中的狀態(tài)變量為：

系統(tǒng)輸出為：

y＝x_s????????????????????(3)

由狀態(tài)變量可得到系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式：

構(gòu)建其微分同胚形式如下：

對上式求導(dǎo)并將(4)式代入得：

式(6)即為二自由度非線性主動懸掛模型。

6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種基于輪胎力估計的車輛主動懸架控制器設(shè)計方法，其特征在于：步驟二具體包括：

輪胎的非線性受力是關(guān)于z₃的函數(shù)，使用拉格朗日變換得到如下關(guān)系：

其中，介于[0，x₃]區(qū)間內(nèi)；

引入了一種一階濾波器其形式如下：

其中，η_i為正常數(shù)，α_if為一階濾波器的輸出，α_i為虛擬控制律，令y_i＝α_if-α_i，其為濾波器輸出與虛擬控制律的誤差值；

利用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)對輪胎受力進行近似替換，具體形式如下：

其中，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基函數(shù)，ε_i(X_i)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計誤差且滿足為未知的正常數(shù)，

針對主動懸架系統(tǒng)，引入以下坐標變換ξ₁＝z₁-z_d,ξ₂＝z₂-α_1f,ξ₃＝z₃-α_2f,ξ₄＝z₄-α_3f；

其中，z_d為系統(tǒng)期望輸出；

針對第一階子系統(tǒng)，構(gòu)建如下形式的Lyapunov函數(shù)：

對上述Lyapunov函數(shù)求導(dǎo)，得

由Young’s不等式，有以下不等式成立：

其中，

設(shè)計虛擬控制器

其中，ρ_i為正常數(shù)；

將(12)、(13)帶入(11)得

構(gòu)建第二階子系統(tǒng)的Lyapunov函數(shù)如下：

其中，為θ_i的估計量，θ_i為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)未知參量；

對上述Lyapunov函數(shù)求導(dǎo)，得

將(9)式代入(16)式中，得

由Young’s不等式，有以下不等式成立：

其中，λ₁，γ₁，μ₁為正常數(shù)，為g的上界，并定義[g]＝-|g|，且滿足[g]≤[g]；

設(shè)計控制器與自適應(yīng)控制律如下

其中，β_i為正常數(shù)；

將(18)、(19)和(20)帶入(17)得

其中，

構(gòu)建第三階子系統(tǒng)的Lyapunov函數(shù)如下：

其中，k為正常數(shù)；

對上述Lyapunov函數(shù)求導(dǎo)，得

其中，

由Young’s不等式，有以下不等式成立：

設(shè)計虛擬控制律如下：

將(24)、(25)代入(23)，得

其中，

構(gòu)建第四階子系統(tǒng)的Lyapunov函數(shù)如下：

對上述Lyapunov函數(shù)求導(dǎo)，得

采用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)來逼近未知非線性函數(shù)，得

其中，

由Young’s不等式，有以下不等式成立：

懸架控制器和懸架自適應(yīng)控制率如下：

其中，是θ_i的參數(shù)估計值，β_i是自適應(yīng)律設(shè)計參數(shù)，為正常數(shù)；

將(30)、(31)及(32)代入(29)，得

其中，