基于阻尼力约束的阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制方法技术

本发明专利技术公开一种基于阻尼力约束的阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制方法，建立半主动悬架混杂系统模型，基于模型预测控制理论，进行半主动悬架混杂系统的有限时域优化控制，并将其转化为包含实值变量和二值变量的混合整数二次规划问题，实现阻尼连续可调半主动悬架的混杂模型预测控制。本发明专利技术的优点是解决了舒适性和操稳性的矛盾；解决了半主动悬架优化方法中存在的非线性约束条件；把半主动悬架控制问题转化为有限时域有约束的优化控制问题；有效解决了带有非线性约束的滚动时域优化问题。

【技术实现步骤摘要】
基于阻尼力约束的阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制方法
本专利技术涉及汽车悬架控制
，特别涉及一种基于阻尼力约束的阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制方法。
技术介绍
悬架系统对于改善汽车的平顺性和操稳性来说至关重要。半主动悬架系统克服了被动悬架刚度和阻尼不可调整的技术缺陷，而其成本远低于主动悬架，代表了汽车悬架发展的主要方向。其中，阻尼可调半主动悬架能独立跟踪阻尼力需求信号，阻尼力可连续调节到阻尼工作区域的任何一点，能够满足不同路况和工况下的车辆性能要求。目前，阻尼可调半主动悬架主要分为磁流变（或电流变）和电磁阀式两种，其中电磁阀式阻尼连续可调半主动悬架具有结构简单、响应迅速、性能可靠和易于工程实现等优点。目前，半主动悬架控制过程中未直接考虑阻尼力工作范围和控制力需求信号与悬架相对速度之间的逻辑关系，而是在求解出最优控制阻尼力后再根据实际减振器的输出力范围和悬架相对速度对其加以限制或施加约束，导致悬架不能得到最优的控制效果。GiorgettiN等人基于模型预测控制理论将约束的半主动悬架控制系统转化为分段仿射系统，并通过混合整数二次规划来求解，但是没有考虑减振器阻尼力的非线性边界约束（GiorgettiN,BemporadA,TsengzHE,etal.Hybridmodelpredictivecontrolapplicationtowardsoptimalsemi-activesuspension[J].InternationalJournalofControl,2006,79(5):391-398）。专利文献（CN105974821A）提出一种基于阻尼多模式切换减振器的车辆半主动悬架混杂控制方法，通过仿真分析确定减振器在不同阻尼模式下的复原阻尼系数和压缩阻尼系数，并基于混合逻辑动态建模方法进行半主动悬架混杂模型预测控制器设计，其关注点为减振器阻尼的多模式切换，并未涉及半主动悬架性能，及半主动悬架阻尼力须满足的约束问题。半主动悬架控制的主要难点在于如何处理减振器阻尼力必须满足的各种非线性约束问题。本专利技术针对电磁阀式阻尼连续可调半主动悬架系统，提出一种综合权衡舒适性和操稳性，并考虑半主动悬架阻尼力约束的混杂模型预测控制方法，建立半主动悬架混杂系统模型，基于模型预测控制理论，进行半主动悬架混杂系统的有限时域优化控制，并将其转化为包含实值变量和二值变量的混合整数二次规划，实现阻尼连续可调半主动悬架的混杂模型预测控制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是要提供一种综合权衡舒适性和操稳性，并基于阻尼力约束的阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制方法。为了解决以上的技术问题，本专利技术提供了一种基于阻尼力约束的阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制方法，建立半主动悬架混杂系统模型，基于模型预测控制理论，进行半主动悬架混杂系统的有限时域优化控制，并将其转化为包含实值变量和二值变量的混合整数二次规划，实现阻尼连续可调半主动悬架的混杂模型预测控制，包括如下的步骤：步骤1：阻尼可调半主动悬架混杂系统动态建模；步骤2：阻尼可调半主动悬架非线性约束的优化；步骤3：半主动悬架混杂模型预测控制；步骤4：半主动悬架混杂系统滚动时域优化求解。所述步骤1的阻尼可调半主动悬架混杂系统动态建模，包括如下的步骤：a）引入辅助变量，将逻辑性和非线性约束条件转化为一组阈值和逻辑条件；b）利用混杂系统描述语言建立包含系统方程和约束条件的混杂系统模型，并利用其自带的HYSDEL编译器将混杂系统模型转换为MLD模型。所述逻辑性约束条件，是指半主动悬架所具有的无源约束条件，即当阻尼力需求符号与悬架相对速度相同时，所需求的控制力才等于最优控制力。所述非线性约束条件，是指减振器阻尼力必须满足一定的边界条件，即优化得到的阻尼力要位于实际减振器的力作用范围。所述步骤3的半主动悬架混杂模型预测控制，包括以下步骤：a）在预测时域内，保持目标函数的函数类型和权函数不变，以第k点的预测输入和输出为自变量，建立第k点的离散目标函数，然后将各点的目标函数线性加权，得到预测时域内的目标函数；b）将约束条件扩展到整个预测时域，即约束每个预测点，得到预测时域内的状态空间方程和约束条件；c）基于预测时域内的目标函数和约束条件，构建半主动悬架混杂系统的模型预测控制，在每个采样时刻，通过滚动时域求解上述优化，由最优控制序列的第一个元素作为当前时刻的控制输入，在下一个采样时刻，重复上述的优化过程。所述步骤4的半主动悬架混杂系统滚动时域优化求解，包括以下步骤：a）放松优化变量中二值变量的部分或全部的整数约束限制，生成一系列对应原来MIQP的二次规划；b）通过求解这一系列的二次规划得到符合整数约束条件的MIQP的次优解或全局最优解。本专利技术的优越功效在于：1）本专利技术通过构建多目标优化方法，解决了舒适性和操稳性的矛盾；2）本专利技术通过混合逻辑动态建模方法，解决了半主动悬架优化问题中存在的非线性约束条件；3）本专利技术采用混杂模型预测控制方法，把半主动悬架控制问题转化为有限时域内有约束的优化控制方法；4）本专利技术将带有非线性约束的优化问题转化为包含实值变量和二值变量的混合整数二次规划，并借助分支定界算法进行求解，有效解决了带有非线性约束的滚动时域优化问题。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1a为本专利技术实施例单轮车辆模型的被动悬架；图1b为本专利技术实施例单轮车辆模型的装有阻尼可调减振器的半主动悬架；图2为本专利技术实施例根据实际减振器特性试验得到的阻尼特性曲线；图3为本专利技术本实施例在Matlab\Simulink环境下仿真验证的主要参数表；图4～图6示出了随机路面工况下不同车速时的振动响应量均方根值曲线；图7～图10示出了正弦波突起路面形状和相应的振动响应量时间历程曲线；图11为本专利技术实施例A、B、C三种不同路面等级下系统的均方根值表。具体实施方式本专利技术以半主动悬架单轮车辆模型为实施例，以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本专利技术综合权衡舒适性和操稳性的悬架优化控制目标函数至少包括两部分内容：a）利用车身垂向振动加速度和悬架动行程的二范数作为舒适性能指标；b）利用轮胎动位移的二范数作为操稳性能指标。本专利技术提供了一种基于阻尼力约束的阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制方法，建立半主动悬架混杂系统模型，基于模型预测控制理论，进行半主动悬架混杂系统的有限时域优化控制，并将其转化为包含实值变量和二值变量的混合整数二次规划，实现阻尼连续可调半主动悬架的混杂模型预测控制，包括如下的步骤：步骤1：阻尼可调半主动悬架混杂系统动态建模；步骤2：阻尼可调半主动悬架非线性约束的优化；步骤3：半主动悬架混杂模型预测控制；步骤4：半主动悬架混杂系统滚动时域优化求解。所述步骤1的阻尼可调半主动悬架混杂系统动态建模，包括如下的步骤：a）引入辅助变量，将逻辑性和非线性约束条件转化为一组阈值和逻辑条件；b）利用混杂系统描述语言建立包含系统方程和约束条件的混杂系统模型，并利用其自带的HYSDEL编译器将混杂系统模型转换为MLD模型。所述逻辑性约束条件，是指半主动悬架所具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阻尼力约束的阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制方法，其特征在于：建立半主动悬架混杂系统模型，基于模型预测控制理论，进行半主动悬架混杂系统的有限时域优化控制，并将其转化为包含实值变量和二值变量的混合整数二次规划，实现阻尼连续可调半主动悬架的混杂模型预测控制，包括如下的步骤：步骤1：阻尼可调半主动悬架混杂系统动态建模；步骤2：阻尼可调半主动悬架非线性约束的优化；步骤3：半主动悬架混杂模型预测控制；步骤4：半主动悬架混杂系统滚动时域优化求解。

【技术特征摘要】
1.一种基于阻尼力约束的阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制方法，其特征在于：建立半主动悬架混杂系统模型，基于模型预测控制理论，进行半主动悬架混杂系统的有限时域优化控制，并将其转化为包含实值变量和二值变量的混合整数二次规划，实现阻尼连续可调半主动悬架的混杂模型预测控制，包括如下的步骤：步骤1：阻尼可调半主动悬架混杂系统动态建模；步骤2：阻尼可调半主动悬架非线性约束的优化；步骤3：半主动悬架混杂模型预测控制；步骤4：半主动悬架混杂系统滚动时域优化求解。2.根据权利要求1所述的基于阻尼力约束的阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制方法，其特征在于：所述步骤1的阻尼可调半主动悬架混杂系统动态建模，包括如下的步骤：a）引入辅助变量，将逻辑性和非线性约束条件转化为一组阈值和逻辑条件；b）利用混杂系统描述语言建立包含系统方程和约束条件的混杂系统模型，并利用其自带的HYSDEL编译器将混杂系统模型转换为MLD模型。3.根据权利要求2所述的基于阻尼力约束的阻尼可调半主动悬架混杂模型预测控制方法，其特征在于：所述逻辑性约束条件，是指半主动悬架所具有的无源约束条件，即当阻尼力需求符号与悬架相对速度相同时，所需求的控制力才等于最优控制力。4.根据权利要求2所述的基于阻尼力约束的阻尼可调半主动悬架...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴光强，张亮修，陈洁，王宇，郭炯珉，金杰，鞠丽娟，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31