[发明专利]一种电控悬架整车耦合的最优控制方法

权利要求书

1.一种电控悬架整车耦合的最优控制方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1：布置信号收集机构；

所需信号收集机构包括：转角传感器、车速传感器、纵向加速度传感器；

所述转角传感器安装在方向盘下方的方向柱内，用于收集前轮转角信号；

所述车速传感器安装在变速箱输出轴的一侧，用于收集实时的汽车车速；

所述纵向加速度传感器安装在汽车重心的前端，用于收集车辆行驶时的纵向加速度；

步骤2：利用整车横向模型获得横向加速度；

步骤2.1：设定当前时刻为t并初始化，获取信号收集机构所采集的数据，包括：当前时刻t整车的前轮转角δ(t)、车速v(t)和俯仰运动的纵向加速度a_x(t)；

步骤2.2：根据当前时刻t整车的前轮转角δ(t)和车速v(t)，利用整车横向模型计算整车质心的侧偏角速度和横摆角速度

步骤2.3：利用式(1)计算当前时刻t整车侧倾运动的横向加速度a_y(t)；

步骤3：搭建耦合俯仰和侧倾运动的整车悬架模型，即整车耦合模型；

步骤3.1：所述整车耦合模型的参数包括：质心至前轴的距离a，质心至后轴的距离b，前轮距的一半距离c，后轮距的一半距离d，簧载质心距侧倾中心的距离h_x，簧载质心距俯仰中心距离h_y，簧载质量x轴转动惯量J_x，簧载质量y轴转动惯量J_y，第i个悬架刚度k_si，第i个悬架阻尼c_si，第i个轮胎对应轮胎刚度k_ti，当i＝1时，对应左前车轮，当i＝2时，对应右前车轮，当i＝3时，对应左后车轮，当时，i＝4对应右后车轮；

步骤3.2：利用式(2)分别计算得到第i个悬架力F_si和第i个轮胎力F_ti，并取第i个悬架力F_si在悬架拉伸方向为正方向，第i个轮胎力F_ti在轮胎拉伸方向为正方向；

式(2)中，z_si、为第i个悬架簧载质量的位移、速度和加速度，z_ti、为第i个悬架非簧载质量的位移、速度和加速度，z_ri为第i个车轮对应的路面输入位移，u_i为第i个电控执行器的输出力；

步骤3.3：利用式(3)-式(6)搭建整车耦合模型；

利用式(3)建立车身耦合侧倾运动方程；

利用式(4)建立车身耦合俯仰运动方程；M₀表示为整车质量；

利用式(5)建立车身垂向运动方程；

利用式(6)建立四个轮胎非簧载垂向运动方程；

式(3)-式(6)中，为整车的俯仰角加速度，为整车的侧倾角加速度，为整车簧载质量的加速度；

步骤4：建立整车耦合模型的状态方程和输出方程；

步骤4.1：令电控执行器的输出力矩阵U＝[u₁ u₂ u₃ u₄]^T，路面输入位移矩阵W_r＝[z_r1z_r2 z_r3 z_r4]^T，横向输入矩阵W_y＝a_y，纵向输入矩阵W_x＝a_x，综合输入矩阵W＝[W_r W_x W_y]^T；

步骤4.2：设置整车耦合模型的状态变量为：

其中，θ、分别为整车的俯仰角、俯仰角速度；分别为整车的侧倾角、侧倾角速度；Z、分别为整车簧载质量位移、速度；

步骤4.3：将综合输入矩阵W输入整车耦合模型中，从而得到输出变量：

步骤4.4：利用式(7)建立整车耦合模型的状态方程和输出方程；

式(7)中，A、B、C、D、H、L为六个参数矩阵；

步骤5：设计整车耦合的最优控制策略；

步骤5.1：利用式(8)得到整车耦合系统的代价函数J；

式(8)中，U_q表示控制参数矩阵，且H_q表示量化参数矩阵，且f表示状态参数矩阵，且f＝[2(CX)^TQD+2(LW)^TQD 0]；其中，ε为松弛因子，ρ为松弛因子的权重系数；Q表示以输出变量为指标的权重矩阵；

步骤5.2：通过当前时刻t下电控执行器所能输出的最小力u_min(t)与最大力u_max(t)对代价函数J进行约束限制，并利用QP算法对代价函数J进行求解控制，从而得到当前时刻t的最优控制输出u_optimal(t)并提供给电控执行器作为当前时刻t下的主动控制力。