本發(fā)明涉及車輛控制，特別是涉及一種考慮路面坡度影響的車輛主動(dòng)懸架控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、受益于工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，汽車的動(dòng)力性和安全性有了很大的提高，汽車制造商開(kāi)始更加重視噪聲、振動(dòng)和粗糙度問(wèn)題。懸架系統(tǒng)作為最重要的車輛底盤部件，能夠合理地隔離或抑制汽車在不平路面、行駛、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向工況下的振動(dòng)，直接決定了車輛的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。與被動(dòng)懸架和半主動(dòng)懸架不同的是，主動(dòng)懸架系統(tǒng)在車身和車橋之間裝有一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以消耗外部能量產(chǎn)生控制力同時(shí)改變剛度和阻尼系數(shù)，從而抑制振動(dòng)的傳遞，因此在提高車輛的整體性能方面有很大的潛力。

2、近年來(lái)，學(xué)者們建立了不同的主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)模型，通常包括四分之一車輛模型、半車輛模型或整車模型。實(shí)際上，車輛通常在非結(jié)構(gòu)化道路和斜坡道路上行駛，這將不可避免地導(dǎo)致車身姿態(tài)的變化，進(jìn)而影響車輛的平順性和操縱穩(wěn)定性。然而，在現(xiàn)有主動(dòng)懸架控制研究的建模中，忽略了道路坡度的因素；此外，實(shí)際懸掛系統(tǒng)模型可能不同于預(yù)期模型。由于乘客數(shù)量和車輛載荷的變化，主動(dòng)懸架系統(tǒng)中不可避免地存在一些不確定的參數(shù)，如簧載質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，由于車輛懸架部件磨損的影響，懸架參數(shù)也是不確定的，如果在控制器設(shè)計(jì)中不考慮未知參數(shù)和動(dòng)態(tài)，控制性能會(huì)受到影響；另外隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，世界能源日益匱乏，越來(lái)越多的汽車保有量加劇了能源危機(jī)，這對(duì)生活環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響，現(xiàn)有主動(dòng)懸架控制方法只是針對(duì)懸架減震性能，忽略了主動(dòng)懸架的能耗影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種考慮路面坡度影響的車輛主動(dòng)懸架控制方法及系統(tǒng)，考慮了路面坡度對(duì)三軸車輛主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)模型的影響，可以更加精確地反映車輛實(shí)際動(dòng)態(tài)；設(shè)計(jì)了節(jié)能型主動(dòng)懸架反步跟蹤控制器，具有優(yōu)異隔振效果的同時(shí)能量消耗較低。

2、一種考慮路面坡度影響的車輛主動(dòng)懸架控制方法，其包括：

3、構(gòu)建考慮路面坡度影響的三軸車輛的主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)模型和理想?yún)⒖寄Ｐ?；三軸車輛的三軸為前軸、中軸和后軸；

4、所述主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)模型為：

5、

6、所述理想?yún)⒖寄Ｐ蜑椋?/p>

7、

8、式中：mb為三軸車輛的質(zhì)量，zb為三軸車輛的實(shí)際垂向位移，為三軸車輛的實(shí)際垂向加速度，psi為第i個(gè)懸架的非線性彈簧力，n為懸架的總數(shù)量，pdi為第i個(gè)懸架的非線性阻尼力，pti為第i個(gè)懸架處的車輪彈性力，ptdi為第i個(gè)懸架處的車輪阻尼力，d1為垂向擾動(dòng)，ui為輸入到第i個(gè)懸架的實(shí)際作動(dòng)力，jx為車身側(cè)傾方向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，jy為車身俯仰方向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為車輛實(shí)際俯仰角，lbi為第i個(gè)懸架處的車輪距離車身縱向中心線的距離，θb為車輛實(shí)際側(cè)傾角，hb為車輛質(zhì)心高度，為車身俯仰角加速度，為車身側(cè)傾角加速度，d2為俯仰擾動(dòng)，d3為側(cè)傾擾動(dòng)，lei為第i個(gè)懸架處的車輪距離車身橫向中心線的距離，mwi為第i個(gè)懸架處的簧下質(zhì)量，zwi為第i個(gè)懸架處的簧下質(zhì)量的位移，zbd為理想?yún)⒖即瓜蛭灰疲瑸槔硐雲(yún)⒖即瓜蚣铀俣?，為理想?yún)⒖几┭鼋?，為理想?yún)⒖几┭鼋羌铀俣?，θbd為理想?yún)⒖紓?cè)傾角，為理想?yún)⒖紓?cè)傾角加速度，cskyi為第i個(gè)懸架處的理想天棚阻尼系數(shù)，為第i個(gè)懸架與車身連接處的垂向運(yùn)動(dòng)位移，cgroundi為第i個(gè)懸架處的理想地棚阻尼系數(shù)，為第i個(gè)懸架處的車輪垂向運(yùn)動(dòng)速度；

9、基于所述懸架動(dòng)力學(xué)模型得到車輛實(shí)際垂向位移、車輛實(shí)際俯仰角和車輛實(shí)際側(cè)傾角；基于所述理想?yún)⒖寄Ｐ偷玫杰囕v理想垂向位移、車輛理想俯仰角和車輛理想側(cè)傾角；

10、用所述車輛實(shí)際垂向位移減去所述車輛理想垂向位移得到車輛垂向位移誤差，用所述車輛實(shí)際俯仰角減去所述車輛理想俯仰角得到車輛俯仰角誤差，用所述車輛實(shí)際側(cè)傾角減去所述車輛理想側(cè)傾角得到車輛側(cè)傾角誤差；

11、構(gòu)建車輛垂向運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器、車輛俯仰運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；

12、基于所述車輛垂向位移誤差，結(jié)合車輛垂向運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器獲得車輛垂向運(yùn)動(dòng)集總擾動(dòng)，基于所述車輛俯仰角誤差，結(jié)合車輛俯仰運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器獲得車輛俯仰運(yùn)動(dòng)集總擾動(dòng)，基于所述車輛側(cè)傾角誤差，結(jié)合車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器獲得車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)集總擾動(dòng)；

13、基于所述車輛垂向運(yùn)動(dòng)集總擾動(dòng)、所述車輛垂向位移誤差得到車輛垂直方向理想控制力，基于所述車輛俯仰運(yùn)動(dòng)集總擾動(dòng)、所述車輛俯仰角誤差得到車輛俯仰方向理想控制力，基于所述車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)集總擾動(dòng)、所述車輛側(cè)傾角誤差得到車輛側(cè)傾方向理想控制力；

14、對(duì)所述車輛垂直方向理想控制力、所述車輛俯仰方向理想控制力和所述車輛側(cè)傾方向理想控制力進(jìn)行解耦得到車輛各個(gè)懸架的主動(dòng)作動(dòng)力。

15、可選地，所述車輛垂向運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的表達(dá)式為：

16、

17、所述車輛俯仰運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的表達(dá)式為：

18、

19、所述車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的表達(dá)式為：

20、

21、式中：ez為車輛垂向位移誤差，為車輛俯仰角誤差，eθ為車輛側(cè)傾角誤差，bz1＝3ωz，ωz為垂向第一正值參數(shù)，為俯仰第一正值參數(shù)，bθ1＝3ωθ，ωθ為側(cè)傾第一正值參數(shù)，γz為垂向第二正值參數(shù)，為俯仰第二正值參數(shù)，γθ為側(cè)傾第二正值參數(shù)，mbn為mb的標(biāo)稱值，jyn為jy的標(biāo)稱值，jxn為jx的標(biāo)稱值，為第一正值參數(shù)，σxy為第二正值參數(shù)，0＜σxy＜1，δ為設(shè)計(jì)參數(shù)，δ＞0，y＝1，2，3，uz(t)為垂向運(yùn)動(dòng)控制器輸出力，為俯仰運(yùn)動(dòng)控制器輸出力，uθ(t)為側(cè)傾運(yùn)動(dòng)控制器輸出力，sign為符號(hào)函數(shù)。

22、可選地，所述車輛垂直方向理想控制力表達(dá)式為：

23、

24、所述車輛俯仰方向理想控制力表達(dá)式為：

25、

26、所述車輛側(cè)傾方向理想控制力表達(dá)式為：

27、

28、式中：uz為車輛垂直方向理想控制力，kz為垂向控制增益，為俯仰控制增益，kθ為側(cè)傾控制增益，kz＞0，

29、kθ＞0，mbn為mb的標(biāo)稱值，jyn為jy的標(biāo)稱值，jxn為jx的標(biāo)稱值。

30、可選地，各個(gè)懸架的主動(dòng)作動(dòng)力的解耦過(guò)程為：

31、

32、式中：ui′表示第i個(gè)懸架的理想作動(dòng)力，lf表示前軸距離車輛質(zhì)心的距離，lm表示中軸距離車輛質(zhì)心的距離，lr表示后軸距離車輛質(zhì)心的距離，b表示左右車輪輪距，inv表示逆矩陣。

33、可選地，第i個(gè)懸架的非線性彈簧力表達(dá)式為：

34、psi＝ksi(zbi-zwi)+knli(zwi-zbi)3；

35、第i個(gè)懸架的非線性阻尼力表達(dá)式為：

36、

37、第i個(gè)懸架處的車輪彈性力表達(dá)式為：

38、pti＝kti(zwi-zri)；

39、第i個(gè)懸架處的車輪阻尼力表達(dá)式為：

40、

41、式中：zbi為第i個(gè)懸架與車身連接處的垂向位移，為第i個(gè)懸架與車身連接處的垂向速度，ksi為第i個(gè)懸架的線性彈簧系數(shù)，knli為第i個(gè)懸架的非線性彈簧系數(shù)，csi為第i個(gè)懸架的線性阻尼系數(shù)，cnli為第i個(gè)懸架的非線性阻尼系數(shù)，kti為第i個(gè)懸架處的車輪彈簧系數(shù)，ctdi為第i個(gè)懸架處的車輪阻尼系數(shù)，zri為第i個(gè)懸架處的車輪的路面激勵(lì)的垂向位移，為第i個(gè)懸架處的車輪的路面激勵(lì)的垂向速度。

42、本發(fā)明還提供了一種考慮路面坡度影響的車輛主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)，其包括：

43、模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建考慮路面坡度影響的三軸車輛的主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)模型和理想?yún)⒖寄Ｐ?；三軸車輛的三軸為前軸、中軸和后軸；

44、所述主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)模型為：

45、

46、所述理想?yún)⒖寄Ｐ蜑椋?/p>

47、

48、式中：mb為三軸車輛的質(zhì)量，zb為三軸車輛的實(shí)際垂向位移，為三軸車輛的實(shí)際垂向加速度，psi為第i個(gè)懸架的非線性彈簧力，n為懸架的總數(shù)量，pdi為第i個(gè)懸架的非線性阻尼力，pti為第i個(gè)懸架處的車輪彈性力，ptdi為第i個(gè)懸架處的車輪阻尼力，d1為垂向擾動(dòng)，ui為輸入到第i個(gè)懸架的實(shí)際作動(dòng)力，jx為車身側(cè)傾方向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，jy為車身俯仰方向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為車輛實(shí)際俯仰角，lbi為第i個(gè)懸架處的車輪距離車身縱向中心線的距離，θb為車輛實(shí)際側(cè)傾角，hb為車輛質(zhì)心高度，為車身俯仰角加速度，為車身側(cè)傾角加速度，d2為俯仰擾動(dòng)，d3為側(cè)傾擾動(dòng)，lei為第i個(gè)懸架處的車輪距離車身橫向中心線的距離，mwi為第i個(gè)懸架處的簧下質(zhì)量，zwi為第i個(gè)懸架處的簧下質(zhì)量的位移，zbd為理想?yún)⒖即瓜蛭灰?，為理想?yún)⒖即瓜蚣铀俣?，為理想?yún)⒖几┭鼋牵瑸槔硐雲(yún)⒖几┭鼋羌铀俣?，θbd為理想?yún)⒖紓?cè)傾角，為理想?yún)⒖紓?cè)傾角加速度，cskyi為第i個(gè)懸架處的理想天棚阻尼系數(shù)，為第i個(gè)懸架與車身連接處的垂向運(yùn)動(dòng)位移，cgroundi為第i個(gè)懸架處的理想地棚阻尼系數(shù)，為第i個(gè)懸架處的車輪垂向運(yùn)動(dòng)速度；

49、參數(shù)獲取模塊，用于基于所述懸架動(dòng)力學(xué)模型得到車輛實(shí)際垂向位移、車輛實(shí)際俯仰角和車輛實(shí)際側(cè)傾角；基于所述理想?yún)⒖寄Ｐ偷玫杰囕v理想垂向位移、車輛理想俯仰角和車輛理想側(cè)傾角；

50、作差模塊，用于用所述車輛實(shí)際垂向位移減去所述車輛理想垂向位移得到車輛垂向位移誤差，用所述車輛實(shí)際俯仰角減去所述車輛理想俯仰角得到車輛俯仰角誤差，用所述車輛實(shí)際側(cè)傾角減去所述車輛理想側(cè)傾角得到車輛側(cè)傾角誤差；

51、觀測(cè)器模塊，用于構(gòu)建車輛垂向運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器、車輛俯仰運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；

52、擾動(dòng)模塊，用于基于所述車輛垂向位移誤差，結(jié)合車輛垂向運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器獲得車輛垂向運(yùn)動(dòng)集總擾動(dòng)，基于所述車輛俯仰角誤差，結(jié)合車輛俯仰運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器獲得車輛俯仰運(yùn)動(dòng)集總擾動(dòng)，基于所述車輛側(cè)傾角誤差，結(jié)合車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器獲得車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)集總擾動(dòng)；

53、控制力模塊，用于基于所述車輛垂向運(yùn)動(dòng)集總擾動(dòng)、所述車輛垂向位移誤差得到車輛垂直方向理想控制力，基于所述車輛俯仰運(yùn)動(dòng)集總擾動(dòng)、所述車輛俯仰角誤差得到車輛俯仰方向理想控制力，基于所述車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)集總擾動(dòng)、所述車輛側(cè)傾角誤差得到車輛側(cè)傾方向理想控制力；

54、作動(dòng)力模塊，用于對(duì)所述車輛垂直方向理想控制力、所述車輛俯仰方向理想控制力和所述車輛側(cè)傾方向理想控制力進(jìn)行解耦得到車輛各個(gè)懸架的主動(dòng)作動(dòng)力。

55、可選地，所述車輛垂向運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的表達(dá)式為：

56、

57、所述車輛俯仰運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的表達(dá)式為：

58、

59、所述車輛側(cè)傾運(yùn)動(dòng)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的表達(dá)式為：

60、

61、式中：ez為車輛垂向位移誤差，為車輛俯仰角誤差，eθ為車輛側(cè)傾角誤差，bz1＝3ωz，ωz為垂向第一正值參數(shù)，為俯仰第一正值參數(shù)，bθ1＝3ωθ，ωθ為側(cè)傾第一正值參數(shù)，γz為垂向第二正值參數(shù)，為俯仰第二正值參數(shù)，γθ為側(cè)傾第二正值參數(shù)，mbn為mb的標(biāo)稱值，jyn為jy的標(biāo)稱值，jxn為jx的標(biāo)稱值，為第一正值參數(shù)，σxy為第二正值參數(shù)，0＜σxy＜1，δ為設(shè)計(jì)參數(shù)，δ＞0，y＝1，2，3，uz(t)為垂向運(yùn)動(dòng)控制器輸出力，為俯仰運(yùn)動(dòng)控制器輸出力，uθ(t)為側(cè)傾運(yùn)動(dòng)控制器輸出力，sign為符號(hào)函數(shù)。

62、可選地，所述車輛垂直方向理想控制力表達(dá)式為：

63、

64、所述車輛俯仰方向理想控制力表達(dá)式為：

65、

66、所述車輛側(cè)傾方向理想控制力表達(dá)式為：

67、

68、式中：uz為車輛垂直方向理想控制力，kz為垂向控制增益，為俯仰控制增益，kθ為側(cè)傾控制增益，kz＞0，kθ＞0，mbn為mb的標(biāo)稱值，jyn為jy的標(biāo)稱值，jxn為jx的標(biāo)稱值。

69、可選地，各個(gè)懸架的主動(dòng)作動(dòng)力的解耦過(guò)程為：

70、

71、式中：ui′表示第i個(gè)懸架的理想作動(dòng)力，lf表示前軸距離車輛質(zhì)心的距離，lm表示中軸距離車輛質(zhì)心的距離，lr表示后軸距離車輛質(zhì)心的距離，b表示左右車輪輪距，inv表示逆矩陣。

72、可選地，第i個(gè)懸架的非線性彈簧力表達(dá)式為：

73、psi＝ksi(zbi-zwi)+knli(zwi-zbi)3；

74、第i個(gè)懸架的非線性阻尼力表達(dá)式為：

75、

76、第i個(gè)懸架處的車輪彈性力表達(dá)式為：

77、pti＝kti(zwi-zri)；

78、第i個(gè)懸架處的車輪阻尼力表達(dá)式為：

79、

80、式中：zbi為第i個(gè)懸架與車身連接處的垂向位移，為第i個(gè)懸架與車身連接處的垂向速度，ksi為第i個(gè)懸架的線性彈簧系數(shù)，knli為第i個(gè)懸架的非線性彈簧系數(shù)，csi為第i個(gè)懸架的線性阻尼系數(shù)，cnli為第i個(gè)懸架的非線性阻尼系數(shù)，kti為第i個(gè)懸架處的車輪彈簧系數(shù)，ctdi為第i個(gè)懸架處的車輪阻尼系數(shù)，zri為第i個(gè)懸架處的車輪的路面激勵(lì)的垂向位移，為第i個(gè)懸架處的車輪的路面激勵(lì)的垂向速度。

81、本發(fā)明的效果如下：

82、本發(fā)明考慮路面坡度影響的車輛主動(dòng)懸架控制方法，考慮了路面坡度對(duì)車輛懸架動(dòng)態(tài)特性的影響，并且充分考慮了車身垂直、側(cè)傾和俯仰方向的耦合作用，建立的三軸車輛的主動(dòng)懸架動(dòng)力學(xué)模型可以更加精確地反映車輛實(shí)際動(dòng)態(tài)。

83、本發(fā)明考慮路面坡度影響的車輛主動(dòng)懸架控制方法，建模過(guò)程中考慮了整車懸架系統(tǒng)的內(nèi)部不確定性參數(shù)和外部干擾的影響，并設(shè)計(jì)了三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器估計(jì)總干擾，進(jìn)而在反饋控制中減弱或消除干擾的影響，避免了系統(tǒng)精確建模過(guò)程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊逼近方法計(jì)算復(fù)雜的問(wèn)題，提高了主動(dòng)懸架控制效果。

84、本發(fā)明考慮路面坡度影響的車輛主動(dòng)懸架控制方法，設(shè)計(jì)具有天棚阻尼地棚阻尼的隔振效果優(yōu)異的理想?yún)⒖寄Ｐ妥鳛楦櫩刂破谕壽E，解決了現(xiàn)有的大多數(shù)控制方法不適合斜坡路面的情況。

85、本發(fā)明考慮路面坡度影響的車輛主動(dòng)懸架控制方法，設(shè)計(jì)了節(jié)能型主動(dòng)懸架反步跟蹤控制器，具有優(yōu)異隔振效果的同時(shí)能量消耗較低。