[发明专利]车辆悬架的滑模控制方法

权利要求书

1.车辆悬架的滑模控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、针对半车4自由度车辆模型进行动力学分析，并确定状态方程：

状态向量X＝(x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆,x₇,x₈)^T，其中x₁＝z₁₁-q₁,x₂＝z₂₁-q₂,x₃＝z₁₂-z₁₁,x₄＝z₂₂-z₂₁,为X的一阶导数；

输入向量U^*＝[F₁,F₂,q₁,q₂]^T；

输出向量为：

Y＝(y₁,y₂,y₃,y₄,y₅,y₆)^T

式中：y₂＝z₁₁-q₁,y₃＝z₂₁-z₁₁,y₄＝z₁₂-z₁₁,y₅＝z₂₂-z₂₁,

输出方程为：

Y＝CX+DU^*

式中：z₂₁、z₂₂分别为前、后悬架与车身连接点的垂直位移；l₁、l₂分别为车身质心O至前、后车轴的距离；θ为俯仰角；z₃为车身质心的垂向位移；m₁、m₂、m₃分别为前、后非簧载质量与簧载质量；I为车身绕质心的俯仰转动惯量；z₁₁、z₁₂分别为前、后非簧载质量垂向位移；c₁、c₂别为前、后悬架的等效阻尼系数；k₁₁、k₂₁、k₁₂、k₂₂分别为前、后轮胎与前、后悬架的等效刚度系数；F₁、F₂分别为前、后悬架半主动期望控制力；F₃、F₄分别为通过控制器求得的前、后悬架半主动控制力；q₁、q₂分别为前、后车轴的路面随机激励；v为车速；f₀为下截止频率；n₀为参考空间频率；G_n(n₀)为路面不平度系数；w为路面白噪声信号；

步骤2、基于磁流变悬架平顺性能指标的最优滑模控制：

选择的悬架综合性能指标J：

式中：T为车辆运行的总时间；t表示时间变化；δ₁，δ₂，δ₃，δ₄，δ₅和δ_θ为(z₁₁-q₁)²，(z₂₁-q₂)²，和的加权系数；

构建最优滑模流形函数并选择用线性滑模趋近率并求出理想控制向量为：

U＝-(KB₁)^-1(KA+λK)X＝U₁+U₂

式中U₁＝-(KB₁)^-1KAX,U₂＝-(KB₁)^-1λKX；

根据理想控制向量实现车辆悬架的控制，采用分层控制的方式进行控制，分层控制的过程包括以下步骤：

步骤3、建立动力学分层模型：

通过悬架动力学方程的转化，将半车悬架四自由度系统转化为两个二自由度系统；

当前、后悬架系统簧载质量分解后，其非簧载质量也相应产生位移Δx_uf、Δx_ur，若以分别表示前、后悬架系统分解后其非簧载质量的位移状态，以x_uf、x_ur分别表示分解前的非簧载质量的位移状态，则有对分解后的悬架系统的簧载质量、非簧载质量分别列其动平衡方程：

式中，k_mi和c_ni分别表示悬架的刚度系数和阻尼系数；F_mi表示半主动作动器的输出力；k_ui表示轮胎刚度；m_ui表示非簧载质量；x_si表示路面激励，下标i＝f或r，表示前侧或后侧；

式上两式相加后得：

将Δx_uf和Δx_ur表达式代入上式中即可分别求得悬架系统非簧载质量的位移变化量：

步骤4、基于步骤3的动力学分层模型对车辆悬进行分层控制：

(1)将最优滑模控制得到的悬架质心加速度和质心俯仰角加速度分别乘以设定系数，作为底层控制的目标；

(2)根据和的预估值和和的预估值，得到分解后的前后悬架簧载质量加速度的预估值；

(3)把和作为已知值，建立二自由度悬架空间状态方程表达式；

根据二自由度悬架空间状态方程得到二自由度悬架所需的控制力F_mi，然后确定和的实际值；

(4)根据步骤3的过程得到和的实际值，以及和的实际值；

(5)基于PSO-模糊PI的半主动悬架底层控制。