一种基于ADD正实网络优化的车辆ISD悬架一阶理想模型制造技术

本发明专利技术公开了一种基于ADD正实网络优化的车辆ISD悬架一阶理想模型，该一阶理想模型由弹簧、阻尼器和惯容器等元件的串并联而成。通过对ISD悬架运动学方程的拉氏变换、添加ADD控制、人工鱼群优化求解和无源网络综合理论的正实判定得到一阶理想模型。本发明专利技术提供了一种新的悬架理想模型，能使ISD悬架在各频域段都获得较为理想的综合性能。

First-order ideal model of vehicle ISD suspension based on ADD positive-real network optimization

【技术实现步骤摘要】
一种基于ADD正实网络优化的车辆ISD悬架一阶理想模型
本专利技术属于车辆悬架系统建模领域，尤其是对于应用惯容器的车辆ISD(Inerter-Spring-Damper)悬架系统建模。本专利技术涉及一种车辆ISD悬架的动态一阶理想模型，特指一种结合ADD(Acceleration-Driven-Damper)控制与正实网络优化的ISD悬架理想模型。
技术介绍
剑桥大学学者Smith于2003年提出了惯容器的思想，并设计出齿轮齿条式惯容器与滚珠丝杠式惯容器，实现机械网络与电路网络之间严格的对应。车辆ISD悬架就是由“惯容器-弹簧-阻尼器”构成的新型悬架的简称，惯容器的加入打破了传统悬架的“弹簧-阻尼器”固有结构，解决了其由于缺少质量阻抗而限制了悬架性能的问题，惯容器能够有效减小车辆的低频共振，提高车辆的隔振性能，为悬架振动控制研究提供了新的方向和思路。在第二类机电相似性理论中，质量元件与“接地”的电容元件相对应，极大的限制了电学系统中的网络综合理论在机械系统中的应用。而两端点特性元件惯容器的提出，使得电学理论中无源网络的RLC(电阻、电感与电容)综合方法可以同样适用于机械网络系统，即根据系统阻抗传递函数的响应特性，用无源的惯容器、弹簧和阻尼器元件进行被动实现。中国专利CN108932375A公开了高阶阻抗传递函数的车辆ISD悬架网络综合被动的实现方法，能将高阶传递函数低阶化实现，但其结构一般为最简形式，多用于被动实现，悬架系统性能并未全部提升。现如今，悬架系统“性能优良”与“结构简单”仍是一对矛盾，如何设计出一种新型高效的ISD悬架理想模型仍是研究的重点。专利
技术实现思路
基于上述原因，本专利技术提供了一种基于ADD正实网络优化的车辆ISD悬架一阶理想模型，利用ISD悬架在低频段的优良性能，结合ADD控制改善中高频的特性，专利技术一款能全频率范围内减小车辆振动的悬架模型。此理想模型可作为大型客车的悬架模型，在小型车辆中也可作为主动控制如自适应控制和滑模变结构控制中的理想参考模型，从而提高主动ISD悬架的综合性能。为构建上述一阶理想模型，本专利技术所采用的技术方案为一种基于ADD正实网络的优化方案，包括以下步骤：步骤(1)：建立ISD悬架四分之一模型：其中，ms为簧载质量，mu为非簧载质量，k为悬架的支撑弹簧刚度，cs为ADD控制的半主动阻尼系数，kt为轮胎等效弹簧刚度，zs为簧载质量的垂向位移，为簧载质量的垂向速度，为簧载质量的垂向加速度，zu为非簧载质量的垂向位移，为非簧载质量的垂向速度，为非簧载质量的垂向加速度，zr为路面不平度的垂向输入位移，T(s)为一次型正实网络阻抗传递函数；对上述ISD悬架四分之一模型进行拉式变换得到：其中，s为拉氏变量，Zs为簧载质量的垂向位移的拉普拉斯变换形式，Zu为非簧载质量的垂向位移的拉普拉斯变换形式，Zr为路面不平度的垂向输入位移的拉普拉斯变换形式；步骤(2)：一次型正实网络阻抗传递函数T(s)以速度型阻抗传递函数形式表示如下：其中，A、B、C、D为系数；步骤(3)：设置ADD的控制策略为：当车身加速度与簧载质量和非簧载质量的相对速度方向一致时，控制输入的阻尼系数为c1；反之，当车身加速度与簧载质量和非簧载质量的相对速度方向相反时，控制输入的阻尼系数为c2；阻尼系数cs需满足下式：其中，c1、c2为两个阻尼系数值，且满足下式：c1＞0，c2＞0；步骤(4)：选取路面不平度的位移输入模型zr；步骤(5)：采用优化算法来获得参数A、B、C、D、c1、c2；步骤(6)：根据优化结果，将获得的参数A、B、C、D、c1、c2代入一次型正实网络阻抗传递函数T(s)的表达式依次通过最简的正实约束条件即得到车辆ISD悬架一阶理想模型。进一步地，其中，所述步骤(5)中采用人工鱼群优化算法来获得参数A、B、C、D、c1、c2。进一步地，所述步骤(5)中的人工鱼群优化算法包括：步骤(5.1)：确定待优化参数为X＝(A，B，C，D，c1，c2)；步骤(5.2)：将车身加速度均方根值、悬架动行程均方根值和轮胎动载荷均方根值作为优化目标，并进行线性组合转换，得到二阶正实网络的车辆ISD悬架目标函数Y：其中，X1、X2、X3分别为待优化的一次型ISD悬架的车身加速度、悬架动行程与轮胎动载荷的均方根值，X1pas、X2pas、X3pas分别为传统被动悬架的车身加速度、悬架动行程与轮胎动载荷的均方根值，且X1≤X1pas，X2≤X2pas，X3≤X3pas。步骤(5.3)：觅食行为的具体算法为：其中，Xnext表示鱼群向前进一步的位置，rand()表示取值范围[-1，1]内的随机数，Step表示鱼群移动的最大步长，Xi＝(Ai，Bi，Ci，Di，c1i，c2i)为当前状态位置，Xj＝(Aj，Bj，Cj，Dj，c1j，c2j)为随机状态位置，Yi与Yj分别表示所处位置的浓度，即目标函数Y的大小。进一步地，其中所述步骤(2)中正实约束条件为：A、B、C、D取值均大于等于0，且C、D不全为0。进一步地，其中所述步骤(4)具体为选取路面不平度的位移输入模型zr：其中，u表示行驶车速，Gq(n0)表示路面不平度系数，w(t)表示均值为零的高斯白噪声，zr为路面垂向输入位移。进一步地，其中所述步骤(4)具体为选取路面不平度的位移输入模型为：zr＝Asin(2πft)，式中，A表示激励幅值，取值0.01m，f表示激振频率，取值范围为0.01-15Hz。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于ADD控制对悬架的中高频有着良好的抑制作用，结合ISD悬架系统改善车辆低频共振的特点得到一种新型高效且在全频域段内性能优良的悬架理想模型。通过人工鱼群优化算法快速求得ISD悬架的最优初始参数，利用网络正实综合理论，求出频域和时域范围内性能优良的ISD悬架的具体结构，可作为一种新型的ISD悬架的模型或最为理想参考模型为主动ISD悬架的主动控制创造条件。附图说明图1为车辆ISD悬架一阶理想模型示意图；图2为车辆ISD悬架四分之一模型示意图；图3为人工鱼群算法的整体流程图；图4为ISD悬架最终结构示意图；图5为该ISD悬架结构的性能指标图；其中(a)为车身加速度响应图，(b)为悬架动行程响应图，(c)为轮胎动载荷响应图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步地说明，但本专利技术的保护范围不限于此。本专利技术的基于ADD正实网络优化的车辆ISD悬架一阶理想模型构建包括：步骤1)：建立ISD悬架四分之一模型；步骤2)：确定一阶正实网络的速度型阻抗传递函数；步骤3)：确定ADD控制算法；步骤4)：选取路面不平度的位移输入模型；步骤5)：确定优化人工鱼群优化算法；步骤6)：利用无源网络综合理论求解ISD悬架结构。其中，步骤1)具体为：根据图2所示的悬架模型，建立运动学方程：其中，ms为簧载质量，mu为非簧载质量，k为悬架的支撑弹簧刚度，cs为ADD控制的半主动阻尼系数，kt为轮胎等效弹簧刚度，zs为簧载质量的垂向位移，为簧载质量的垂向速度，为簧载质量的垂向加速度，zu为非簧载质量的垂向位移，为非簧载质量的垂向速度，为非簧载质量的垂向加速度，zr为路面不平度的垂向输入位移，T(s)为待求结构的一次型正实网络的阻抗传递函数；进一步地，(zs-zu)、kt(zu-zr)分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ADD正实网络优化的车辆ISD悬架一阶理想模型，其特征在于，包括：步骤(1)：建立ISD悬架四分之一模型：

【技术特征摘要】
1.一种基于ADD正实网络优化的车辆ISD悬架一阶理想模型，其特征在于，包括：步骤(1)：建立ISD悬架四分之一模型：其中，ms为簧载质量，mu为非簧载质量，k为悬架的支撑弹簧刚度，cs为ADD控制的半主动阻尼系数，kt为轮胎等效弹簧刚度，zs为簧载质量的垂向位移，为簧载质量的垂向速度，为簧载质量的垂向加速度，zu为非簧载质量的垂向位移，为非簧载质量的垂向速度，为非簧载质量的垂向加速度，zr为路面不平度的垂向输入位移，T(s)为一次型正实网络阻抗传递函数；对上述ISD悬架四分之一模型进行拉式变换得到：其中，s为拉氏变量，Zs为簧载质量的垂向位移的拉普拉斯变换形式，Zu为非簧载质量的垂向位移的拉普拉斯变换形式，Zr为路面不平度的垂向输入位移的拉普拉斯变换形式；步骤(2)：一次型正实网络阻抗传递函数T(s)以速度型阻抗传递函数形式表示如下：其中，A、B、C、D为系数；步骤(3)：设置ADD的控制策略为：当车身加速度与簧载质量和非簧载质量的相对速度方向一致时，控制输入的阻尼系数为c1；反之，当车身加速度与簧载质量和非簧载质量的相对速度方向相反时，控制输入的阻尼系数为c2；阻尼系数cs需满足下式：其中，c1、c2为两个阻尼系数值，且满足下式：c1＞0，c2＞0；步骤(4)：选取路面不平度的位移输入模型zr；步骤(5)：采用优化算法来获得参数A、B、C、D、c1、c2；步骤(6)：根据优化结果，将获得的参数A、B、C、D、c1、c2代入一次型正实网络阻抗传递函数T(s)的表达式依次通过最简的正实约束条件即得到车辆ISD悬架一阶理想模型。2.根据权利要求1所述的一种基于ADD正实网络优化的车辆ISD悬架一阶理想模型，其特征在于，其中，所述步骤(5)中采用人工鱼群优化算法来获得参数A、B、C、D、c1、c2。3.根据权利要求2所述的一种基于ADD正实网络优化的车辆ISD悬...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓峰，赵文涛，刘雁玲，沈钰杰，颜龙，徐旭，单琳，杨艺，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32