[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

说明书

本发明公开了一种基于车辆位姿偏差的惯性调控主动悬挂控制系统，其包括车体、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。本发明将车轮分为三组，当组内车轮数大于1时，将组内车轮的悬挂伺服作动油缸的上腔、下腔分别连通，使该组车轮成为一个共同支撑车体的支点。三组车轮形成三个支点，本发明依据三点决定一个平面的原理对车体的位姿进行控制，并根据车辆质心处的垂向位移、俯仰角和侧倾角的变化量来控制各悬挂伺服作动油缸的伸缩，使车辆的质心沿直线或弧线运动且车体姿态尽量保持不变，从而降低车体的振动，提高车辆在复杂路面行驶时的速度、操纵稳定性和行驶平顺性。

技术领域

本发明属于车辆控制技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

悬挂系统是车辆底盘的重要组成部分，其性能直接决定着车辆的乘坐舒适性，操作稳定性和行驶安全性。传统的车辆大多采用被动悬挂，其悬挂参数根据特定路面条件进行设计，一经选定便难以改变，不能随路面状况、车速等发生变化，因此限制了车辆行驶性能的进一步提高。

随着电子信息技术的发展以及液压、电气驱动技术的进步，可控悬挂在车辆领域的应用成为可能。目前普遍认为主动控制的可控悬挂技术是提高悬挂性能的有效途径。如果悬挂系统的刚度和阻尼特性能根据车辆的行驶条件(包括车辆的运动状态和路面状况等)进行动态自适应调节，使悬挂系统始终处于最佳减振状态，则称为主动悬挂。主动悬挂具有诸多优点，比如可以控制车身高度，提高通过性，兼顾车辆的平顺性与操纵稳定性等。

主动悬挂技术主要包含控制机构和控制策略两大部分。由于执行机构按照控制策略的要求来输出主动力，因此主动悬挂设计的关键，就是选取能够为车辆提供良好性能的控制策略。不同的控制策略，将会产生不同的悬挂特性和减振效果。

目前的主动悬挂的控制策略主要包括：最优控制、预瞄控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制、天棚阻尼控制、滑模控制、免疫进化控制等。根据文献记载，无论采用何种控制方法，车辆的性能均有不同程度的改善，但也存在一些问题没有得到较好地解决，特别是以下两个方面：

(1)车辆悬挂系统是个典型的多输入多输出的复杂系统，对于此类复杂系统的控制，其重要问题之一是解耦控制，目前的控制策略对车辆悬挂系统的解耦控制还没有较好地解决。

(2)车辆的姿态调节和乘坐舒适性控制是悬挂设计需考虑的两个重要方面，现有研究成果大多是根据不同的需要建立不同的数学模型，各自独立进行设计，并认为车辆的总体性能是这些子系统性能之和；或者对数学模型进行分解，然后再组合起来进行控制。在建立数学模型时没有考虑把姿态控制和乘坐舒适性控制同时进行设计，设计过程复杂。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于车辆位姿偏差的惯性调控主动悬挂控制系统及控制策略，通过主动控制悬挂伸缩，使车辆在凹凸不平路面行驶时其质心近似沿直线或弧线运动，且车体位姿保持近似不变，从而降低行驶时车体的振动，提高车辆在越野时的行驶速度、操纵稳定性和行驶平顺性。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于车辆位姿偏差的惯性调控主动悬挂控制系统，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。