[发明专利]一种考虑汽车前后轴动态耦合的半主动悬架控制方法

权利要求书

1.一种考虑汽车前后轴动态耦合的半主动悬架控制方法，其特征在于：所述控制方法的被控制对象为配备前轴半主动悬架(102)和后轴半主动悬架(103)的汽车(101)，采用的控制算法为模型预测控制算法，并包括以下步骤：

所述模型预测控制算法在预测时域内通过车身的垂向/俯仰动态预测模型递推汽车(101)状态，基于汽车(101)配备的传感器构建预测模型，包括配备固定在车身重心位置的联合传感器(105)，所述联合传感器(105)输出车身的垂向加速度a_z、俯仰角θ及俯仰角变化率q，前轴半主动悬架(102)和后轴半主动悬架(103)配备的悬架动行程传感器，所述悬架动行程传感器输出前悬架动行程z_deff和后悬架动行程z_defr，控制单元为半主动悬架控制器(104)，通过对传感器信号积分、微分，选择预测模型的状态为x＝[x₁,x₂,x₃,x₄,x₅,x₆,x₇,x₈]^T＝[v_s,z_s,q,θ,v_deff,v_defr,z_deff,z_defr]^T，其中v_s和z_s分别为车身的垂向速度和垂向位移，v_deff和v_defr分别为前悬架动行程和后悬架动行程的伸长速度，基于汽车动力学关系，构建如公式(1)所示的预测模型：

其中，m_s为汽车质量，k_f和k_r分别为前悬架和后悬架的弹簧刚度，m_usf和m_usr分别为前轴和后轴的簧下质量，l_f和l_r分别为重心到前轴和后轴的距离，I_y为车身的俯仰转动惯量，k_tf和k_tr分别为前轮和后轮的轮胎刚度，z_rf和z_rr分别为前轴处和后轴处的道路干扰，u₁和u₂分别为前悬架和后悬架的阻尼，

为了满足模型预测控制时域内对汽车行驶状态的预测需求，将公式(1)通过欧拉方法离散化，如公式(2)所示：

x(k+1)＝x(k)+Tf(x(k),u(k)) (2)

其中，T为模型预测控制的步长，x(k)为x的离散形式，f(x(·),u(·))为公式(1)整理得到的系统方程，

在模型预测控制算法的框架中，设计优化了指标函数，指标函数中包括车身的垂向加速度a_z、垂向速度v_s、垂向位移z_s、俯仰角变化率q、俯仰角θ以及前悬架动行程的伸长速度v_deff、后悬架动行程的伸长速度v_defr、前悬架动行程z_deff、后悬架动行程z_defr，为了限制半主动悬架的控制量，指标函数中还包括前悬架和后悬架的阻尼u₁和u₂，指标函数如公式(3)所示：

其中，u₁₀和u₂₀分别为前悬架和后悬架阻尼的期望值，q_i(i＝1,···,9)分别为上述指标函数中汽车状态的权重，满足q_i≥0，r_i(i＝1,2)分别为前悬架和后悬架阻尼的权重，通过调整参数q_i、r_i调节汽车舒适性性能，在指标函数中选取首要控制目标并增大其在公式(3)中对应的权重q_i，

前悬架和后悬架阻尼具有最大值u_0max、最小值u_0min限制，为控制量的约束条件，

u_0min≤u_1,2≤u_0max (4)

综合前述汽车行驶动力学模型公式(2)和指标函数公式(3)，设计前悬架和后悬架阻尼的模型预测控制器如公式(5)所示：

通过公式(4)优化求取前悬架和后悬架阻尼u₁、u₂，以实现汽车行驶时的行驶舒适性的提升。