[发明专利]基于车辆位姿偏差的惯性调控主动悬挂控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于车辆位姿偏差的惯性调控主动悬挂控制系统，其特征在于：包括车体、惯性测量单元、多个车轮、与车轮一一对应的悬挂伺服作动油缸和位移传感器、电控单元以及伺服控制器组，其中惯性测量单元固定于车体上，车轮通过悬挂伺服作动油缸连接于车体下方，位移传感器用于测量悬挂伺服作动油缸的行程，电控单元以及伺服控制器组固定于车体上，所述电控单元与惯性测量单元以及伺服控制器组通讯连接，伺服控制器组与位移传感器通讯连接，电控单元读取惯性测量单元测得的车辆位姿参数，并计算车辆当前时刻的位姿偏差，然后输出位姿控制参数至伺服控制器组，伺服控制器组根据电控单元输出的位姿控制参数以及位移传感器的位移反馈值控制各悬挂伺服作动油缸动作，使车辆质心近似沿直线或弧线运动。

2.根据权利要求1所述的基于车辆位姿偏差的惯性调控主动悬挂控制系统，其特征在于：各车轮及悬挂伺服作动油缸和位移传感器构成车轮悬挂机构，各车轮及其悬挂伺服作动油缸和位移传感器的结构均相同。

3.根据权利要求1或2所述的基于车辆位姿偏差的惯性调控主动悬挂控制系统，其特征在于：所述车轮依据三点决定一个平面的原理被分为三个车轮组，每个车轮组内设有一个车轮或多个车轮，当某车轮组内车轮数量大于1时，该车轮组内所有悬挂伺服作动油缸的上腔和下腔分别连通，使该车轮组构成支撑车体的一个支点，三个车轮组形成三个支点。

4.根据权利要求3所述的基于车辆位姿偏差的惯性调控主动悬挂控制系统进行车辆控制的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

1)以惯性测量单元中心点O为坐标原点建立坐标系OXYZ，定义车辆前进的正前方为Y轴正方向，车辆前进的右侧方向为X轴正方向，垂直XOY平面向上的方向为Z轴正方向，惯性测量单元测量坐标原点O的垂向位移w_O、俯仰角α_O与侧倾角β_O并输出至电控单元；

2)定义车体质心为W，电控单元根据坐标原点O的垂向位移w_O、俯仰角α_O与侧倾角β_O和质心W相对测量点O的几何关系，计算车辆质心W处的垂直位移w_w、俯仰角α_w和侧倾角β_w；

3)电控单元对垂直位移w_w、俯仰角α_w和侧倾角β_w进行截止频率为ω_H的高通滤波，滤波后的垂直位移为w、俯仰角为α、侧倾角为β；

4)控制单元内部预先设置有扫描周期，在某个扫描周期内，根据步骤3)得到的w、α以及β与上个扫描周期的值相比较，计算出各自的变化量Δw、Δα、Δβ，以-Δw、-Δα、-Δβ为位姿相对校正量，通过三支点车辆悬挂机构的逆运动学算法计算出车辆各个悬挂伺服作动油缸的名义伸长量的目标值，并将该目标值传输至伺服控制器组对各个悬挂伺服作动油缸进行位移伺服控制，实现对车体位姿目标的控制，使w、α以及β尽量保持稳定不变，使车辆质心的轨迹沿直线或弧线运动且车体姿态保持近似不变。

5.根据权利要求4所述的基于车辆位姿偏差的惯性调控主动悬挂控制系统，其特征在于车辆质心W处的垂直位移w_w、俯仰角α_w和侧倾角β_w的计算公式如下：

其中，设质心W在坐标系OXYZ中的坐标为x_W、y_W、z_W。

6.根据权利要求5所述的基于车辆位姿偏差的惯性调控主动悬挂控制系统，其特征在于截止频率ω_H通过如下方法确定：

S1、车辆静止于水平面时，高通滤波后输出的w、α和β均近似收敛于0；

S2、车辆静止停放在所允许的极限横向坡度和纵向坡度上，高通滤波后输出的w、α和β收敛于一个较小的值，该值处于系统稳定控制所必须的误差范围内；

S3、在满足S1与S2两种条件下截止频率ω_H取低值。

7.根据权利要求6所述的基于车辆位姿偏差的惯性调控主动悬挂控制方法，其特征在于悬挂伺服作动油缸的名义伸长量的计算方法如下：

S1、名义伸长量定义

对于车轮数量等于1的车轮组，其悬挂伺服作动油缸的名义伸长量即为其悬挂伺服作动油缸的伸长量；对于车轮数量大于1的车轮组，设组内所有车轮及悬挂对车体的支撑作用由一个虚拟车轮及其悬挂代替，则虚拟车轮的接地点称为名义接地点，虚拟悬挂对车体的支撑点称为名义支撑点，处于名义接地点和名义支撑点之间的虚拟车轮及其悬挂相对应的虚拟伺服作动油缸的伸长量称为悬挂伺服作动油缸组的名义伸长量；

S2、名义伸长量计算

设第m个车轮组内有n个车轮m₁，m₂，……，m_n，m＝1、2或3，n为自然数，各个车轮的接地点为m₁₁，m₂₁，……，m_n1，各个车轮悬挂对车体的支撑点为m₁₂，m₂₂，……，m_n2，将组内所有车轮对车体的支撑作用由一个虚拟车轮m₀代替，设虚拟车轮的名义接地点为m₀₁，该名义接地点为组内各车轮接地点的几何中心，其坐标通过计算各车轮接地点m₁₁，m₂₁，……，m_n1坐标分量的平均值得到；

设虚拟车轮及其悬挂支撑车体的名义支撑点为m₀₂，该名义支撑点为组内各个车轮悬挂对车体的支撑点的几何中心，其坐标通过计算各车轮支撑点m₁₂，m₂₂，……，m_n2坐标分量的平均值得到，从而得出虚拟伺服作动油缸的名义伸长量等于组内各伺服作动油缸伸长量的平均值。