[发明专利]一种基于轮胎力估计的车辆主动悬架控制器设计方法

说明书

本发明公开了一种基于轮胎力估计的车辆主动悬架控制器设计方法，属于汽车控制领域，包括如下步骤：步骤一：建立二自由度非线性主动悬架模型，定义状态变量，并结合微分同胚的概念构建系统的状态空间表达式；步骤二：根据步骤一建立的悬架模型推导设计出悬架控制器。本发明能够有效解决车身垂直加速度与悬架动行程之间的冲突，提高车辆的乘坐舒适性及操作稳定性，同时能够估计轮胎的受力，有效解决了因轮胎受力呈复杂非线性且难以测算对车辆性能造成的不利影响，进而提高了车辆的行驶平顺性。

技术领域

本发明涉及汽车控制领域，尤其是一种基于轮胎力估计的车辆主动悬架控制器设计方法。

背景技术

车辆在行驶过程中振动幅度过大往往会带来诸多不利的影响，例如导致货物损坏、乘客产生不适等。为解决这些问题引入了悬架系统，悬架系统性能的优劣能够直接决定车辆行驶的平顺性和乘客乘坐的舒适性。悬架可分类为主动悬架和被动悬架，传统的被动悬架由于其不能自由改变刚度和阻尼，无法适应复杂多变的路面，而主动悬架能够通过调节控制力的大小来改变悬架的性能，从而使车辆维持在最佳减震状态，因此主动悬架得到了学界的广泛关注。

主动悬架系统在控制环节中安装了能够产生力的装置，采用了一种以力抑力的方式来抑制路面对车身的冲击力及车身倾斜力。主动悬架是由电脑控制的一种新型悬架，具有能够产生作用力的动力源，执行元件能够传递这种作用力并连续工作，具有多种传感器并将有关数据集中到微电脑进行运算并决定控制方式。因此，主动悬架汇集了力学和电子学的技术知识，是一种比较复杂的高技术装置。主动悬架的应用使得车辆的更方面的性能得到了进一步的提高。

轮胎是影响车辆平顺性能的重要要素，在车辆行驶过程中，轮胎的受力会受到多种因素的影响，导致轮胎的受力难以计算，由于车辆在行驶过程中轮胎受力呈非线性且其受力难以测算，从而使得主动悬架在实际的应用中往往达不到预期的效果。车身垂直加速度与悬架动行程存在冲突，在降低车身垂直加速度的同时不应损害悬架的使用寿命，因此设计出的主动悬架，需要协调车身垂直加速度和悬架动行程的关系。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于轮胎力估计的车辆主动悬架控制器设计方法。根据方法可以推导设计出基于轮胎受力的主动悬架控制器，有效解决车身垂直加速度与悬架动行程之间的冲突，攻克轮胎受力复杂非线性难以测算的难关，准确估计轮胎受力，进而设计出主动悬架控制器，消除轮胎受力对车辆性能造成的不利影响，进而提高了车辆的行驶平顺性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于轮胎力估计的车辆主动悬架控制器设计方法，步骤如下：

步骤一：建立二自由度非线性主动悬架模型，定义状态变量，并结合微分同胚的概念构建系统的状态空间表达式；

步骤二：根据步骤一建立的悬架模型推导设计出悬架控制器。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤一中所述定义状态变量具体为将悬架动行程定义为系统状态变量。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤二中设计悬架控制器时，使用了障碍李雅普诺夫函数直接对悬架动行程进行限制。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤二中设计悬架控制器时，利用径向基神经网络函数对轮胎受力进行近似替换。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤一具体包括：

建立二自由度非线性主动悬架模型，根据牛顿第二定律可建立悬架系统的微分方程，即

其中，m_s、m_u分别为车身质量和车轮质量，x_s为车身质心处垂直位移，x_u为车轮垂直位移，x_r为车轮随机路面激励，k_s和c_s分别为悬架的弹簧刚度和阻尼，f为轮胎的非线性受力，u为悬架控制器控制力；