一种电动公交车主动悬架控制方法及系统技术方案

一种电动公交车主动悬架控制方法及系统，方法包括根据公交车参数与电机分布建立公交车的半车动力学模型，构建模型的状态空间方程，得到适合公交车的主动悬架模型；考虑公交车乘客上下车以及在车内走动所导致的质量分布变化和质心位置变化，建立社会力模型；并通过社会力模型按照粒子群寻优算法得到公交车上乘客数与乘客前后分布的关系，得到乘客分布规律，在确定不确定参数的范围后建立适应质量分布变化和质心位置变化的主动悬架模型；针对后置电机振动的直接干扰，设计PID控制以适应电机不同工况的振动情况；通过推导H2/H

【技术实现步骤摘要】
一种电动公交车主动悬架控制方法及系统


[0001]本专利技术属于车辆底盘主动悬架控制
，具体涉及一种电动公交车主动悬架控制方法及系统。

技术介绍

[0002]悬架作为车辆底盘的减震部件，是车辆动力学系统的重要组成部分。悬架系统主要连接车身与轮胎，承载车身的重量并为车身减轻来自于地面经轮胎传上来的振动，提高车辆行驶的平顺性与操稳性。被动悬架的主要组成有减震弹簧、阻尼器，被动悬架只能被动地反应地面不平激励且悬架参数不能随路面和工况变化，其垂向性能不佳。因此，又有研究提出主动悬架，通过额外搭载一个作动器产生主动作动力来主动抑制路面不平度产生的振动。主动悬架需要以合适的作动力，否则反而会使悬架性能恶化，所以，研究者们对主动悬架的控制系统做了大量研究，并提出了很多控制策略：最优控制、鲁棒控制、滑模变结构控制以及近年来兴起的智能控制方法，利用这些方法取得了较为良好的控制效果。
[0003]虽然，至今为止在主动悬架控制方法上已经取得了很多成果，但是现有的主动悬架控制主要针对轿车、SUV这样的小型车辆，而公交车由于在座椅处没有缓冲减震设施，车辆的垂向振动问题相较于小型车辆更加严重。对于公交车来说，不论在质量、悬架参数，车辆尺寸，还是在运行工况上，都与小型车辆大相径庭，同时还由于公交车的特殊性，乘客频繁上下车并且在车内移动，导致公交车的质量分布频繁发生变化，当乘客人数较多时，会造成相当大的质量分布波动，但是，现在并没有很有效的识别方法对这样的分布变化进行识别，这也会导致悬架性能变差。另外，现在的公交车大多使用后置后驱的布置形式，这也导致后置的发动机或者电机的振动会直接作用在车身上，加剧后车身的震动，使人产生不适感。目前，现有的悬架控制方法都是在路面随机振动的基础上进行控制的，并没有考虑发动机或电机振动带来的影响，因此，不能对这种高频低幅的振动做出有效的控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种电动公交车主动悬架控制方法及系统，能够适应公交车由于车身过长、乘客频繁上下车和车内移动而导致的车辆质量分布变化，并且消除公交车电机后置导致的高频振动，进而有效提升公交车的舒适性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术有如下的技术方案：
[0006]一种电动公交车主动悬架控制方法，包括以下步骤：
[0007]根据公交车参数与电机分布建立公交车的半车动力学模型，构建模型的状态空间方程，得到适合公交车的主动悬架模型；
[0008]对所述的主动悬架模型，考虑公交车乘客上下车以及在车内走动所导致的质量分布变化和质心位置变化，建立社会力模型；并通过所述的社会力模型按照粒子群寻优算法得到公交车上乘客数与乘客前后分布的关系，得到乘客分布规律，在确定不确定参数的范围后建立适应质量分布变化和质心位置变化的主动悬架模型；
[0009]以适应质量分布变化和质心位置变化的主动悬架模型为控制对象，使用PID控制对后置电机运行时的振动进行抑制；
[0010]通过推导H2/H
∞
控制的定理，得出在质量分布变化和质心位置变化时主动悬架反馈控制律，并确定闭环系统下混合H2/H
∞
最优保性能控制律进行主动悬架控制。
[0011]优选的，所述根据公交车参数与电机分布建立公交车的半车动力学模型，构建模型的状态空间方程，得到适合公交车的主动悬架模型包括：
[0012]根据牛顿第二定律，所述公交车参数与电机分布建立公交车的半车动力学模型如下：
[0013][0014]式中，m
m
、m
s
、m
uf
、m
ur
分别为电机、车身、前悬、后悬的质量；I
y
为转动惯量；k
sf
、k
sr
、k
tf
、k
tr
、k
m
为前后悬架、轮胎、电机悬置刚度；C
sf
、C
sr
、C
m
为前后悬架、电机悬置阻尼系数；为车身垂直、俯仰角加速度；a、b为前后悬架中心到车身质心的距离；x
uf、
x
ur
为前后悬架垂直加速度、速度、位移；x
sf
、x
sr
、x
sm
、x
m
为前后轴车身、电机处车身、电机垂直速度、位移；x
gf
、x
gr
为前后路面输入；u
f
、u
r
为前后悬架作动力，F
m
为电机激振力；
[0015]构建模型的状态空间方程时，选取状态变量X及路面干扰W，并根据所述状态变量X及所述取路面干扰W将所述公交车的半车动力学模型改写为如下空间方程：
[0016][0017]式中：
[0018][0019][0020]U＝[u
f u
r
]T
，
[0021]优选的，在所述建立社会力模型的步骤中，实时获取乘客数与乘客前后分布的关系，考虑行人在运动时所受到多种力矢量的共同作用，乘客在公交车上受到的社会力包括乘客与乘客之间的排斥力，乘客与公交车障碍物之间的排斥力、乘客与座椅之间的吸引力、乘客与公交车后方的排斥力以及吸引行为、聚集行为和扰动行为产生的随机的和非系统的力。
[0022]优选的，对所述乘客在公交车上受到的社会力建立如下动力学方程：
[0023][0024]式中，是乘客i在运动中受到的所有社会力的合力；为乘客i与乘客j之间的排斥力；为乘客i与障碍物之间的排斥力；为乘客i与距离最近的座椅之间的吸引力；为乘客i与公交车后方的排斥力；为乘客i产生的随机的和非系统的力；
[0025]乘客i在行进过程中受到由乘客j引起的社会心理力由以下的动力学方程式表示：
[0026][0027][0028][0029]式中，A
i
为乘客i的影响强度系数；r
ij
为乘客i与乘客j的质点半径之和；d
ij
为乘客i与乘客j的质心之间的距离；B
i
为乘客i的影响范围系数；为由乘客j质心指向乘客i质心的单位方向向量；w
ij
为乘客i与乘客j之间社会心理力的方位修正系数；λ
i
为乘客i的方位权重系数，用于衡量乘客对于身后方向的敏感程度，其值介于0与1之间，越大表示对于身后方向的敏感度越接近身前方向；为乘客i面朝的方向与向量的夹角；
[0030]乘客与公交车障碍物之间的排斥力由以下的动力学方程式表示：
[0031][0032][0033][0034]式中，d
ij
表示乘客i质心到障碍物的最短距离；表示由障碍物到乘客i质心的单位向量；乘客与座椅之间的吸引力由以下的动力学方程式表示：
[0035][0036]式中，F为选定距离最近空座的吸引力定值；d本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动公交车主动悬架控制方法，其特征在于，包括以下步骤：根据公交车参数与电机分布建立公交车的半车动力学模型，构建模型的状态空间方程，得到适合公交车的主动悬架模型；对所述的主动悬架模型，考虑公交车乘客上下车以及在车内走动所导致的质量分布变化和质心位置变化，建立社会力模型；并通过所述的社会力模型按照粒子群寻优算法得到公交车上乘客数与乘客前后分布的关系，得到乘客分布规律，在确定不确定参数的范围后建立适应质量分布变化和质心位置变化的主动悬架模型；以适应质量分布变化和质心位置变化的主动悬架模型为控制对象，使用PID控制对后置电机运行时的振动进行抑制；通过推导H2/H
∞
控制的定理，得出在质量分布变化和质心位置变化时主动悬架反馈控制律，并确定闭环系统下混合H2/H
∞
最优保性能控制律进行主动悬架控制。2.根据权利要求1所述电动公交车主动悬架控制方法，其特征在于，所述根据公交车参数与电机分布建立公交车的半车动力学模型，构建模型的状态空间方程，得到适合公交车的主动悬架模型包括：根据牛顿第二定律，所述公交车参数与电机分布建立公交车的半车动力学模型如下：式中，m
m
、m
s
、m
uf
、m
ur
分别为电机、车身、前悬、后悬的质量；I
y
为转动惯量；k
sf
、k
sr
、k
tf
、k
tr
、k
m
为前后悬架、轮胎、电机悬置刚度；C
sf
、C
sr
、C
m
为前后悬架、电机悬置阻尼系数；为车身垂直、俯仰角加速度；a、b为前后悬架中心到车身质心的距离；x
uf、
x
ur
为前后悬架垂直加速度、速度、位移；x
sf
、x
sr
、x
sm
、x
m
为前后轴车身、电机处车身、电机垂直速度、位移；x
gf
、x
gr
为前后路面输入；u
f
、u
r
为前后悬架作动力，F
m
为电机激振力；构建模型的状态空间方程时，选取状态变量X及路面干扰W，并根据所述状态变量X及所述取路面干扰W将所述公交车的半车动力学模型改写为如下空间方程：式中：式中：
U＝[u
f u
r
]
T
，3.根据权利要求1所述电动公交车主动悬架控制方法，其特征在于，在所述建立社会力模型的步骤中，实时获取乘客数与乘客前后分布的关系，考虑行人在运动时所受到多种力矢量的共同作用，乘客在公交车上受到的社会力包括乘客与乘客之间的排斥力，乘客与公交车障碍物之间的排斥力、乘客与座椅之间的吸引力、乘客与公交车后方的排斥力以及吸引行为、聚集行为和扰动行为产生的随机的和非系统的力。4.根据权利要求3所述电动公交车主动悬架控制方法，其特征在于，对所述乘客在公交车上受到的社会力建立如下动力学方程：式中，是乘客i在运动中受到的所有社会力的合力；为乘客i与乘客j之间的排斥力；为乘客i与障碍物之间的排斥力；为乘客i与距离最近的座椅之间的吸引力；为乘客i与公交车后方的排斥力；为乘客i产生的随机的和非系统的力；乘客i在行进过程中受到由乘客j引起的社会心理力由以下的动力学方程式表示：乘客i在行进过程中受到由乘客j引起的社会心理力由以下的动力学方程式表示：乘客i在行进过程中受到由乘客j引起的社会心理力由以下的动力学方程式表示：式中，A
i
为乘客i的影响强度系数；r
ij
为乘客i与乘客j的质点半径之和；d
ij
为乘客i与乘客j的质心之间的距离；B
i
为乘客i的影响范围系数；为由乘客j质心指向乘客i质心的单位方向向量；w
ij
为乘客i与乘客j之间社会心理力的方位修正系数；λ
i
为乘客i的方位权重系数，用于衡量乘客对于身后方向的敏感程度，其值介于0与1之间，越大表示对于身后方向的敏感度越接近身前方向；为乘客i面朝的方向与向量的夹角；乘客与公交车障碍物之间的排斥力由以下的动力学方程式表示：乘客与公交车障碍物之间的排斥力由以下的动力学方程式表示：乘客与公交车障碍物之间的排斥力由以下的动力学方程式表示：式中，d
ij
表示乘客i质心到障碍物的最短距离；表示由障碍物到乘客i质心的单位向量；乘客与座椅之间的吸引力由以下的动力学方程式表示：
式中，F为选定距离最近空座的吸引力定值；d
ij
为乘客i质心到座椅的距离；表示由座椅到乘客i质心的单位向量；乘客与公交车后方的排斥力由以下的动力学方程式表示：式中，F为后方车身对乘客的排斥力定值。5.根据权利要求1所述电动公交车主动悬架控制方法，其特征在于，所述按照粒子群寻优算法得到公交车上乘客数与乘客前后分布的关系，得到乘客分布规律的步骤包括：将公交车上的座椅区、车体进行数学建模；将公交车上空间以每个人占据最小空间划分网格；随机生成乘客数的粒子，将生成的粒子随机分布在划分的公交车网格中，并计算每种情况下的所有人的社会力合力之和；让粒子按照各自的合力方向及大小更新位置于新的社会力合力，更新公式如下：速度更新公式：位移更新公式为：位移更新公式为：式中，θ为粒子速度及例子所受合力方向与行驶方向夹角；[*]表示以划分网格为单位的取整函数；经过多次更新之后，取得其中所有人的社会力合力之和最大的情况，即所有乘客综合下来最满意，感觉最舒适的情况为当前乘客数下最可能的乘客分布；变化乘客数，重复以上步骤，即得到公交车上的乘客分布规律。6.根据权利要求1所述电动公交车主动悬架控制方法，其特征在于，所述的不确定参数包括车身质量、前后车身质量分布、前后轴至质心距离；所述在确定不确定参数的范围后建立适应质量分布变化和质心位置变化的主动悬架模型的步骤，包括在已知实时乘客数与乘客分布的情况下，考虑每个人的体重分布，将最小体重设置为45kg，最大体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王姝，赵轩，任浩，张海川，田佳，周辰雨，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：