用于车辆的可变阻尼半主动悬架系统的控制方法技术方案

本公开描述了一种用于车辆的可变阻尼半主动悬架系统的控制方法，其包括以下步骤：测得车辆的簧上质量加速度、簧下质量加速度、悬架变形、以及轮胎变形四种目标响应信号；以离散型状态空间方程形式建立可变阻尼半主动悬架的系统模型，基于模型预测控制算法建立系统模型中的关于四种目标响应信号的四种控制方案；基于人工蜂群算法分别获得四种控制方案中的参数矩阵的最优解；求得四种目标响应信号的归一化响应信号，并对四种归一化响应信号进行比较，以动态选择出四种控制方案中的最优控制方案并对车辆施加控制。由此，能够显著提升对车辆的控制效果，进而能够提高车辆的乘坐舒适性与驾驶稳定性。性与驾驶稳定性。性与驾驶稳定性。

【技术实现步骤摘要】
用于车辆的可变阻尼半主动悬架系统的控制方法


[0001]本专利技术属于车辆振动控制
，特别涉及一种用于车辆的可 变阻尼半主动悬架系统的控制方法。

技术介绍

[0002]悬架系统是车辆的一个重要子系统，它与车辆的操纵性紧密相关， 并且承担着隔离来自路面不平激励所引起的车辆振动的重要作用。车 辆的半主动悬架系统一般是由弹簧和可控阻尼减振器组成，可控阻尼 减振器可以根据车辆运行条件对阻尼系数进行实时调节，实现与弹性 元件的最优匹配，以改善车辆乘坐的舒适性和操纵稳定性。
[0003]磁流变减振器在车辆的悬架系统中引起了广泛的关注，并得到了 成功的应用。磁流变减振器以磁流变液作为阻尼介质，其中磁流变液 在磁场作用下具有可控的高屈服应力，通过施加磁场改变减振器内磁 流变液的屈服应力和粘度，从而能够获得阻尼的连续无级调节。其具 有控制力范围大、可连续无极调节、响应速度块、工作温度范围宽、 杂质敏感性低以及电力要求低等优点。同相似性能的全主动悬架相比， 具有性价比高和能耗低的优点。
[0004]现有技术中有基于线性二次型最优控制理论(LRQ)来求解磁流 变悬架系统中最优阻尼力的控制方法。但这种调节方式通常为一次性 调节，其难以根据悬架系统实时随机激励的不同针对性地输出控制力 加以调节。而且，控制算法中的Q，R矩阵通常也难以取到最优值，因 此影响了对车辆的控制效果。

技术实现思路

[0005]本公开是鉴于上述现有技术的状况而提出的，其目的在于提供一 种能够提升用于车辆的可变阻尼半主动悬架系统控制效果的控制方法。
[0006]为此，本公开提供了一种用于车辆的可变阻尼半主动悬架系统的 控制方法，其包括以下步骤：测得车辆的簧上质量加速度、簧下质量 加速度、悬架变形、以及轮胎变形四种目标响应信号；以离散型状态 空间方程形式建立可变阻尼半主动悬架的系统模型，基于模型预测控 制算法建立所述系统模型中的关于所述四种目标响应信号的四种控制 方案；基于人工蜂群算法分别获得所述四种控制方案中的参数矩阵的 最优解；求得四种目标响应信号的归一化响应信号，并对四种归一化 响应信号进行比较，以动态选择出所述四种控制方案中的最优控制方 案并对所述车辆施加控制。
[0007]在本公开中，根据车辆四个部位的目标响应信号的不同，基于模 型预测控制算法能够分别建立针对四种目标响应信号的四种控制方案， 根据人工蜂群算法能够对各个控制方案中的设计参数(也即参数矩阵) 进行寻优，从而获得针对某一目标响应信号的控制方案的最优设计参 数，最后可以通过对归一化响应信号进行比较，以找出当前最大的响 应并动态地切换到其对应的控制方案并对车辆的相应响应部位进行控 制。在这种情况下，通过该控制方法能够动态匹配最优的控制方案并 实时输出最优控制力，根据本公开的控
制方法，能够显著提高对车辆 的控制效果，进而能够提升车辆的乘坐舒适性与驾驶稳定性。
[0008]另外，在本公开所涉及的控制方法中，可选地，通过安装在汽车 前悬架弹簧座上端或后悬架上部车架的第一加速度传感器测得所述簧 上质量加速度并积分得到簧上质量速度信号和簧上质量位移信号 x
s
，通过安装在可变阻尼减振器下端的第二加速度传感器测得所述簧下 质量加速度并积分得到簧下质量速度信号和簧下质量位移信号x
t
， 利用所述簧上质量加速度和簧下质量加速度估算得出悬架变形信 号x
s
‑
x
t
和轮胎变形信号x
t
‑
x
g
；x
g
为车轮由地面振动激励的位移。由 此，能够方便获得簧上质量加速度、簧下质量加速度、悬架变形信号、 以及轮胎变形信号。
[0009]另外，在本公开所涉及的控制方法中，可选地，车辆四分之一可 变阻尼半主动悬架的动力学方程为其 中m
s
为簧上质量，m
t
为簧下质量，k
s
为悬架刚度，k
t
为轮胎刚度，F
MRD
为可变阻尼减振器产生的控制力。由此，能够方便获得四分之一磁流 变半主动悬架的动力学方程。
[0010]另外，在本公开所涉及的控制方法中，可选地，设状态变量 根据所述动力学方程获得所述可变阻尼半主动 悬架的状态方程为其中
[0011][0012]将所述状态方程离散化，并忽略扰动项得所述离散型状态空间 方程为其中X
i
为i时刻的状态变量，U
i
为i时刻的控 制力。由此，能够方便得到动力学方程的离散型状态空间方程。
[0013]另外，在本公开所涉及的控制方法中，可选地，设待确定的所述 参数矩阵包括预测区间N；性能权重矩阵Q；成本权重矩阵R；终端权 重矩阵F，其中
[0014]q1、q2、q3、q4为权重系数。
[0015]另外，在本公开所涉及的控制方法中，可选地，
[0016]所述模型预测控制算法包括如下步骤：
[0017]设定当前时刻为k，则系统状态变量为X
k
；
[0018]求解二次规划问题通过满足约束条件 获得未来N个时刻的N个最优控制力
[0019]根据半主动条件
[0020]施加当前时刻的最优控制 力F
MRD,k
，接着向前滚动到下一时刻k+1；
[0021]重复上述步骤，直至结束，
[0022]其中
[0023][0024][0025]由此，能够方便根据该模型预测控制算法通过滚动优化获得各个时刻 的最优控制力。
[0026]另外，在本公开所涉及的控制方法中，可选地，基于所述模型预 测控制算法，通过选取不同的预测区间N和性能权重矩阵Q，以减小 四种目标响应信号为目标分别建立所述四种控制方案：
[0027]以所述簧上质量加速度为控制目标的第一半主动控制方案为 其中
[0028]以所述悬架变形信号为控制目标的第二半主动控制方案为 其中X
b
＝[0，x
s
(t)
‑
x
t
(t)，0，0]T
；
[0029]以所述簧下质量加速度为控制目标的第三半主动控制方案为 其中
[0030]以所述轮胎变形信号为控制目标的第四半主动控制方案为 其中X
d
＝[0，0，0，x
t
(t)
‑
x
g
(t)]T
。
[0031]在这种情况下，能够方便基于模型预测控制算法建立关于四种目 标响应信号的四种半主动控制方案。
[0032]另外，在本公开所涉及的控制方法中，可选地，所述人工蜂群算 法包括如下步骤：初始化阶段，随机产生预定数量的蜜源并计算其对 应的花蜜量，其中，雇佣蜂、观察蜂与蜜源的数量相等；雇佣蜂阶段， 每个雇佣蜂在蜜源附近按照levy飞行规则寻找一个邻近的新蜜源，雇 佣蜂评估新蜜源并根据贪心策本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于车辆的可变阻尼半主动悬架系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：测得车辆的簧上质量加速度、簧下质量加速度、悬架变形、以及轮胎变形四种目标响应信号；以离散型状态空间方程形式建立可变阻尼半主动悬架的系统模型，基于模型预测控制算法建立所述系统模型中的关于所述四种目标响应信号的四种控制方案；基于人工蜂群算法分别获得所述四种控制方案中的参数矩阵的最优解；并且求得所述四种目标响应信号的归一化响应信号，并对四种归一化响应信号进行比较，以动态选择出所述四种控制方案中的最优控制方案并对所述车辆施加控制。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，通过安装在前悬架弹簧座上端或者后悬架上部车架的第一加速度传感器测得所述簧上质量加速度并积分得到簧上质量速度信号和簧上质量位移信号x
s
，通过安装在可变阻尼减振器下端的第二加速度传感器测得所述簧下质量加速度并积分得到簧下质量速度信号和簧下质量位移信号x
t
，利用所述簧上质量加速度和簧下质量加速度估算得出悬架变形信号x
s
‑
x
t
和轮胎变形信号x
t
‑
x
g
；x
g
为轮胎由地面振动激励的位移。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，车辆四分之一可变阻尼半主动悬架的动力学方程为其中m
s
为簧上质量，m
t
为簧下质量，k
s
为悬架刚度，k
t
为轮胎刚度，F
MRD
为可变阻尼减振器产生的控制力。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，设状态变量根据所述动力学方程获得所述可变阻尼悬架系统的状态方程为其中将所述状态方程离散化，并忽略扰动项得所述离散型状态方程为其中X
i
为i时刻的状态变量，U
i
为i时刻的控制力。5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，待确定的所述参数矩阵包括预测区间N，性能权重矩阵Q，成本权重矩阵R，终端权重矩阵F，其中
q1、q2、q3、q4为权重系数。6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述模型预测控制算法包括如下步骤：设当前时刻为k，则系统状态变量为X
k
；求解二次规划问题通过满足约束条件获得未来N个时刻的N个最优控制力；根据半主动条件施加当前时刻k的最优控制力F
MRD,k
，接着向前滚动到下一时刻k+1；重复上述步骤，直至结束，其中其中其中E＝[0 0 0 0]
T
。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，基于所述模型预测控制算法，通过选取不同的预测区间N和性能权重矩阵Q，以减小四种目标响应信号为目标分别建立四种控制方案：以所述簧上质量加速度为控制目标的第一半主动控制方案为其中以所述悬架变形信号为控制目标的第二半主动控制方案为
其中X
b...

【专利技术属性】
技术研发人员：许天成，李延成，
申请(专利权)人：深圳市朝上科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：