滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器的悬架系统和控制方法技术方案

本发明专利技术涉及滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器的悬架系统和控制方法,簧载质量加速度传感器与车轮质量加速度传感将悬架系统运动状态向量输送给滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器控制器，LQG控制器与滑模干扰观测器同时工作，LQG控制器、磁流变阻尼器输入电流求解器负责产生控制电流信号I

【技术实现步骤摘要】
滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器的悬架系统和控制方法


[0001]本专利技术涉及一种汽车半主动悬架系统领域，特别涉及一种滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器的悬架系统和控制方法。

技术介绍

[0002]悬架是汽车重要的结构与功能部件，对汽车的乘坐舒适性和行驶安全性有重要的影响，磁流变半主动悬架技术是车辆悬架系统的变革，它无需外接动力源，能根据车辆行驶工况的变化输出控制力，有望取得接近主动悬架的乘坐舒适性和轮胎接地性。
[0003]在磁流变半主动悬架工作的过程中，不确定性将会严重影响磁流变半主动悬架系统的性能，减振器作为耗能元件，随着工作环境的变化以及自身工况的变化，其内部的温度会大幅上升，研究表明温度从10℃上升到100℃，磁流变减振器的可控阻尼力下降了20%，磁流变减振器的沉降和漏油也会增加磁流变阻尼器的不确定性。
[0004]磁流变阻尼器的阻尼力不确定性过大对磁流变半主动悬架的性能影响很大，如果不加控制，有时会导致整个悬架系统失稳，甚至出现对安全极为不利的轮跳，磁流变半主动悬架系统的阻尼力不确定性严重影响它们的实际使用，因此，磁流变半主动悬架来说，磁流变不确定性补偿控制是其关键技术之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器的悬架系统和控制方法，利用设计的基于自矫正磁流变阻尼器能有效改善车辆磁流变半主动悬架的性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器的悬架系统，包括磁流变半主动悬架，其特征在于：所述磁流变半主动悬架包括车轮质量、等效成弹簧的轮胎、数控电流源以及簧载质量、滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器控制器，所述车轮质量与等效成弹簧的轮胎组成车轮，所述车轮位于簧载质量的下方，所述簧载质量与车轮质量之间并联有悬架弹簧和磁流变阻尼器，使行驶过程中的地面通过等效成弹簧的轮胎作用于车轮使悬架产生振动，所述簧载质量上设有簧载质量加速度传感器，所述车轮质量上装有车轮质量加速度传感器，所述簧载质量加速度传感器与车轮质量加速度传感器各自通过信号线连接于滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器控制器，磁流变阻尼器通过信号线连接于数控电流源，所述数控电流源通过信号线连接于滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器控制器；所述簧载质量为m2，所述车轮质量为m1，所述等效成弹簧的轮胎的刚度为k1，所述悬架弹簧的刚度为k2，所述车轮质量的垂直位移值为z1，所述簧载质量的垂直位移值为z2；所述磁流变阻尼器的粘性阻尼为；路面输入为q；所述磁流变阻尼器输出的阻尼力为；所述磁流变半主动悬架的运动微分方程为：
。
[0007]进一步的，所述滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器控制器包括LQG控制器、磁流变阻尼器输入电流求解器、滑模干扰观测器和自矫正补偿器、加法模块、电流求解器，所述簧载质量加速度传感器与车轮质量加速度传感将采集信号输入求取为悬架系统运动状态向量x，所述LQG控制器负责根据当前的悬架系统运动状态向量x求取控制力信号F
MR
，所述磁流变阻尼器输入电流求解器将控制力信号F
MR
转化后输入至磁流变阻尼器，产生此控制电流信号I
i
，所述LQG控制器工作的同时，所述滑模干扰观测器同时工作，悬架系统运动状态向量x输入到滑模干扰观测器当中，并输出磁流变阻尼器阻尼力不确定性数值，在将磁流变阻尼器阻尼力不确定性的数值输入到自矫正补偿器中，输出自矫正电流I
c
，所述磁流变阻尼器输入电流求解器输出的控制电流信号I
i
和自矫正补偿器输出的自矫正电流再通过加法模块相加后输入至所述电流求解器内，再由电流求解器输出至数控电流源产生实际控制电流I
a
，所述实际控制电流I
a
作用于磁流变阻尼器产生实际控制力，实现车辆自矫正磁流变半主动悬架的控制。
[0008]进一步的，所述磁流变阻尼器通过电流控制的控制力为；所述控制力的励磁电流系数为；不受电流影响的输出力为；所述控制电流信号I
i
的运算公式为：。
[0009]进一步的，所述活塞运动速度为v，所述磁流变阻尼器阻尼力不确定性数值的运算公式为：，且.。
[0010]进一步的，所述磁流变半主动悬架的性能指标为J，且车身加速度为、轮胎动载荷为F
d
、悬架动挠度为f
d
；加权系数为1；F
d2 的加权系数为，f
d2
的加权系数为δ2
；
所述磁流变半主动悬架的性能指标J的运算公式为：。
[0011]进一步的，所述自矫正补偿器增益系数为K
pid
，反馈增益为K
p
，微分时间常数为K
d
，积分时间常数为K
i，
通过调节电流值I
c，
改变原有磁流变阻尼器的阻尼力，实现了磁流变阻尼器的不确定性矫正，所述自矫正补偿器增益系数K
pid
的运算公式为：。。
[0012]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器悬架系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：针对1/4车二自由度模型为基础，建立车辆悬架系统模型，经动力学分析悬架系统的运动微分方程：；式中，m1和m2分别是非簧载质量和簧载质量；k1和k2分别为轮胎刚度和悬架刚度；z1和z2分别是非簧载质量的垂直位移和簧载质量的垂直位移；为磁流变阻尼器的粘性阻尼；q是路面输入；是磁流变阻尼器输出的阻尼力；
定义系统状态向量为：X=(x1, x2, x3, x4)
T
, x1=z1‑
q, x2=z2‑
z1, x3=====, x4====；那么系统状态方程为：；式中；；；；
ꢀꢀ
；A是悬架系统状态向量矩阵，B是悬架系统控制向量矩阵，G是悬架系统干扰项量矩阵，U悬架系统控制向量，是悬架系统干扰项量，w为单位白噪声信号;S2:建立磁流变阻尼器力学模型；S2.1:建立双曲正切正向力学模型，根据对磁流变阻尼器试验的工作特性分析，磁流变阻尼器的输出力主要由磁场前屈服产生的库伦阻尼力、后屈服的黏性阻尼力、弹性力和偏置力组成，采用双曲正切模型表达磁流变阻尼器的力学模型：；式中：为磁流变阻尼器的运动状态向量，为未知待拟合参数向量, 为屈服后阻尼系数；k为刚度系数；为活塞位移；v为活塞速度；a为活塞加速度，、、分别表示迟滞回环的比例因子、最大斜率因子和滞环半宽度因子;S2.2：对S2.1模型辨识，选用最小方差算法进行磁流变阻尼器力学模型的参数辨识，目的为找出，使得:；式中：为磁流变阻尼器输出力的数学表达式， 为试验所测输出力；由最小方差的辨识法和S2.2所测试验数据，拟合出双曲正切迟滞模型各参数和输入电流的关系；辨识磁流变阻尼器各模型参数与励磁电流以及激励速度幅值之间的关系，得到的双曲正切模型的控制方程：；S2.3：建立双曲正切模型逆向力学模型，根据路面激励与和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器的悬架系统，包括磁流变半主动悬架，其特征在于：所述磁流变半主动悬架包括车轮质量、等效成弹簧的轮胎、数控电流源以及簧载质量、滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器控制器，所述车轮质量与等效成弹簧的轮胎组成车轮，所述车轮位于簧载质量的下方，所述簧载质量与车轮质量之间并联有悬架弹簧和磁流变阻尼器，使行驶过程中的地面通过等效成弹簧的轮胎作用于车轮使悬架产生振动，所述簧载质量上设有簧载质量加速度传感器，所述车轮质量上装有车轮质量加速度传感器，所述簧载质量加速度传感器与车轮质量加速度传感器各自通过信号线连接于滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器控制器，磁流变阻尼器通过信号线连接于数控电流源，所述数控电流源通过信号线连接于滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器控制器；所述簧载质量为m2，所述车轮质量为m1，所述等效成弹簧的轮胎的刚度为k1，所述悬架弹簧的刚度为k2，所述车轮质量的垂直位移值为z1，所述簧载质量的垂直位移值为z2；所述磁流变阻尼器的粘性阻尼为；路面输入为q；所述磁流变阻尼器输出的阻尼力为；所述磁流变半主动悬架的运动微分方程为：。2.根据权利要求1所述的滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器的悬架系统，其特征在于：所述滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器控制器包括LQG控制器、磁流变阻尼器输入电流求解器、滑模干扰观测器和自矫正补偿器、加法模块、电流求解器，所述簧载质量加速度传感器与车轮质量加速度传感将采集信号输入求取为悬架系统运动状态向量x，所述LQG控制器负责根据当前的悬架系统运动状态向量x求取控制力信号F
MR
，所述磁流变阻尼器输入电流求解器将控制力信号F
MR
转化后输入至磁流变阻尼器，产生此控制电流信号I
i
，所述LQG控制器工作的同时，所述滑模干扰观测器同时工作，悬架系统运动状态向量x输入到滑模干扰观测器当中，并输出磁流变阻尼器阻尼力不确定性数值，在将磁流变阻尼器阻尼力不确定性的数值输入到自矫正补偿器中，输出自矫正电流I
c
，所述磁流变阻尼器输入电流求解器输出的控制电流信号I
i
和自矫正补偿器输出的自矫正电流再通过加法模块相加后输入至所述电流求解器内，再由电流求解器输出至数控电流源产生实际控制电流I
a
，所述实际控制电流I
a
作用于磁流变阻尼器产生实际控制力，实现车辆自矫正磁流变半主动悬架的控制。3.根据权利要求2所述的滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器的悬架系统，其特征在于：所述磁流变阻尼器通过电流控制的控制力为；所述控制力的励磁电流系数为；不受电流影响的输出力为；所述控制电流信号I
i
的运算公式为：。4.根据权利要求2所述的滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器的悬架系统，其特征在于：所述活塞运动速度为v，所述磁流变阻尼器阻尼力不确定性数值的运算公式为：，且。5.根据权利要求3所述的滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器的悬架系统，其特征在于：所述磁流变半主动悬架的性能指标为J，且车身加速度为、轮胎动载荷为F
d
、悬架动挠度为f
d
；加权系数为1；F
d2 的加权系数为，f
d2
的加权系数为δ2
；
所述磁流变半主动悬架的性能
指标J的运算公式为：。6.根据权利要求3所述的滑模干扰观测补偿磁流变阻尼器的悬架系统，其特征在于：所述自矫正补偿器增益系数为K
pid
，反馈增益为K
p
，微分时间常数为K
d
，积分时间常数为K
i，
通过调节电流值I
c，
改变原有磁流变阻尼器的阻尼力，实现了磁流变阻尼器的不确定性矫正，所述自矫正补偿器增益系数K
pid
的运算公式为：。7.滑模干扰观测补偿磁流变阻尼...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙江启，胡英浩，张建红，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：