[发明专利]一种以车辆平稳状态为参考的可控悬架滑模追踪控制器

说明书

技术领域

本发明涉及汽车减振控制技术领域，尤其涉及一种以车辆平稳状态为参考的可控悬架滑模追踪控制器。

背景技术

悬架系统是确保车辆驾乘舒适性与操控稳定性的关键系统，可分为被动悬架、半主动悬架与主动悬架三类。其中，传统的被动悬架系统不能同时兼顾舒适性与操控性，因此，基于可变阻尼或者可变刚度执行装置的半主动悬架和主动悬架成为近十年来国内外学者及技术人员的热点研究方向。

基于线性最优控制的全液压主动悬架系统及空气悬架系统技术成熟，控制性能良好已获得商业应用，然而其造价高、结构复杂维修成本高，限制了其进一步应用普及；基于天棚半主动控制的磁流变半主动悬架系统，结构简单、控制效果良好，获得了部分商业应用，然而开关控制将引起系统非线性动力学问题，并且难以获得类似全主动悬架系统的综合悬架性能。进一步发展起来的最优控制、模糊控制、自适应控制等现代控制方法在理论上能够有效应用于车辆可控悬架系统，但此类方法多存在设计假设条件多、需求参数多及计算实时性差等特点，与实际控制存在较大差异，绝大多数目前只停留在仿真计算或者实验室试验阶段，距离实车应用还有很大距离，例如中国发明专利(ZL201010144138.0)提出的磁流变智能车辆悬架混合半主动变结构控制方法，其采用的参考模型为理想的天棚控制的半主动悬架系统，同时假设路面输入激励近似等于非簧载质量运动状态，追踪过程需要经过较复杂的计算过程，导致控制实时性不高，控制器所需反馈状态包括多组位移、速度、加速度信号，实际应用时信号误差易导致控制失效。

发明内容

基于2011年、2015年国家自然科学基金资助项目：磁流变整车悬架系统半主动解耦控制研究、磁流变悬架系统电磁干扰机理与抑制方法研究(51075215，51475246)，本发明提出了一种基于比例积分微分的可控悬架系统滑模控制算法，目的在于：提出一种针对“四分之一”可控悬架系统的理想输出阻尼力计算方法，从而实现半主动悬架、主动悬架系统的同时满足驾乘舒适性与操控稳定性综合悬架性能，并且有效抑制由于可控执行机构固有非线性导致的系统混沌运动。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种以车辆平稳状态为参考的可控悬架滑模追踪控制器，其设计步骤如下：

第一步，滑模面设计：

滑模面由悬架实际簧载质量位移与理想簧载质量位移的动力学误差实现：

其中s表示滑模面，K₀表示滑模面积分项系数，用于消除动力学误差项，通常取值为1-10；K₁为滑模面比例项系数，用于放大动力学误差项，通常取值为1-5；K₂为滑模面微分项系数，用于提高动力学误差追踪响应速度，通常取值为1-30；x_s表示簧载质量位移，x_d表示簧载质量理想位移；

第二步，根据滑模面s计算得到理想输出阻尼力：

其中表示理想输出阻尼力，m_s表示簧载质量；

第三步，根据渐进稳定的滑模控制方法，计算得到实际输出阻尼力：

其中λ为正常数，表示车辆实际载荷变化系数，通常取值为1.5，sign()表示符号函数。

将车辆平稳行驶在平滑路面上的簧载质量运动状态作为理想簧载质量位移，即车身垂直静止：

x_d＝m_sg/k_s+(m_s+m_u)g/k_t

其中，m_u表示非簧载质量，k_s表示悬架系统弹簧刚度系数，k_t表示轮胎等效刚度系数，g表示重力加速度。

本发明的关键在于：理想运动状态采用简单的簧载质量垂直静止为平衡状态，从而简化设计复杂度；滑模面设计为簧载质量实际运动状态与理想运动状态间的误差进行比例项、积分项、微分项计算，较传统滑模控制器，从而提高了追踪性能。此外，本发明提出的控制器易于工程实现、控制方法简单、所需传感器少、计算量小、实时性高，能够有效地简化车辆可控悬架系统控制器设计的复杂性、提高控制实时性，该发明易于投入实际应用，适用于各种阻尼可调的车辆空气、油气、电磁主动悬架以及磁流变半主动悬架。

附图说明