一种基于主动悬架评价指标的车身姿态解耦控制方法技术

本发明专利技术提出一种汽车主动悬架作动力控制的方法，利用加速度传感器和陀螺仪在线提取汽车行驶中车身的运动姿态信号，对车身运动姿态进行解耦分析，将耦合运动分解成垂向运动、俯仰运动和侧倾运动，针对每种运动将车身分成不同的模块，采用参数自调整模糊策略提出每只悬架的作动力施加方案；而后根据悬架效用函数来评价方案，采用简单黄金分割算法对抑制垂向运动、俯仰运动和侧倾运动需要的三种作动力优化，最终得到实现总体控制目标的各个主动减振器输出的作动力，提高汽车的平顺性和操稳性，同时使主动悬架控制获得良好的效果和实时性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车减振控制
，具体涉及一种基于主动悬架评价指标的车身 姿态解耦控制方法。
技术介绍
近年来，国内外许多学者在悬架控制方面做了大量的研究工作，有主动悬架和半 主动悬架。半主动悬架又包括电流变液、磁流变液和可调阻尼减震器等，采用了各种不同的 控制算法(如最优控制、鲁棒控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等)，效果不尽相 同。无论使用何种结构悬架和控制策略都无法解决理论上存在的车身运动姿态耦合 的影响。例如汽车在行驶的过程中有垂向运动，同时还会存在俯仰运动和侧倾运动。三种运 动之间会相互影响，造成车身的扭转等情形。车身姿态解耦控制就是考虑到了车身运动姿 态耦合作用将其隔离开来分别控制，但是分别控制最终作用在悬架上的作动力将会产生不 同的效果，可能是同向的也可能是异向的。也有考虑到了这种效果，提出分层递阶的思想， 但是没有将车身姿态进行解耦，而是针对耦合运动作为一种特殊状态设计控制策略。由于 耦合运动复杂、状态比较多，提高了程序的时间成本，实际控制效果上存在很大的滞后性， 离产品应用还有一段距离。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种汽车主动悬架作动力控制的系统和方法，对车身运动 姿态进行解耦分析，将耦合运动分解成垂向运动、俯仰运动和侧倾运动，针对每种运动分别 采用参数自调整模糊控制，然后把抑制垂向运动、俯仰运动和侧倾运动需要的三种作动力 优化，就得到实现总体控制目标的各个主动减振器输出的作动力。总体控制目标的评价方 法采用一种构造悬架效用函数的新方法，并且给出了寻求最优解的算法，提高汽车的平顺 性和操稳性。本专利技术的一个技术方案如下一种基于主动悬架评价指标的车身姿态解耦控制系统，包括安装于车身质心处加 速度传感器和陀螺仪传感器、车身运动解耦模块、模糊控制器和悬架系统；所述加速度传感 器和陀螺仪在线提取汽车行驶中车身的运动姿态信号发送至所述车身运动解耦模块，所述 车身运动解耦模块将车身运动姿态解耦成运动垂向运动、俯仰运动和侧倾运动三种运动形 式，所述模糊控制器分别针对每种运动将车身分成不同的模块，采用参数自调整模糊策略 提出每只悬架的作动力施加方案，输出控制信号至悬架系统的四支主动减振器，施加作动 力，完成一个控制循环。所述模糊控制器包括垂向控制器、俯仰控制器和侧倾控制器。本专利技术的另一个技术方案如下，包括下列步骤利用加速度传感器和陀螺仪在线提取汽车行驶中车身的运动姿态信号，将车身运动姿态解耦成三种 运动垂向运动、俯仰运动和侧倾运动，针对每种运动将车身分成不同的模块，采用参数自调 整模糊策略提出每只悬架的作动力施加方案；而后根据悬架效用函数来评价方案，其中效 用函数的最优值采用简单黄金分割算法求解，从而使悬架控制获得良好的效果和实时性。本专利技术的关键是悬架效用函数的构建、参数的优化和最优值的寻取。附图说明图1是本专利技术实施例1基于主动悬架评价指标的车身姿态解耦控制系统框2是基于主动悬架评价指标的车身姿态解耦控制方法的汽车主动悬架系统示辰、图3是对行进中的汽车运动姿态的划分图4是整车运动分解原理图5是垂直运动控制模块图6是俯仰运动控制模块图7是侧倾运动控制模块图8是参数自调整模糊控制原理图9是车身垂直加速度均方根值比较图10是车身俯仰角加速度峰值比较图11是车身侧倾角峰值比较具体实施例方式以下结合附图对本专利技术方法做详细说明。如图1所示，一种基于主动悬架评价指标的车身姿态解耦控制系统，包括安装于 车身质心处加速度传感器和陀螺仪传感器、车身运动解耦模块、模糊控制器和悬架系统；加 速度传感器和陀螺仪在线提取汽车行驶中车身的运动姿态信号发送至车身运动解耦模块， 车身运动解耦模块将车身运动姿态解耦成运动垂向运动、俯仰运动和侧倾运动三种运动形 式，模糊控制器分别针对每种运动将车身分成不同的模块，采用参数自调整模糊策略提出 每只悬架的作动力施加方案，输出控制信号至悬架系统的四支主动减振器，施加作动力，完 成一个控制循环。模糊控制器包括垂向控制器、俯仰控制器和侧倾控制器。如图2所示，将加速度传感器1和陀螺仪传感器2安装于车身质心处，采集车身垂 直振动加速度、俯仰角以及侧倾角信号，作为控制器7的输入，控制器对输入的信号进行特 征提取，以判断车身所处的运动姿态，参见图3，将车身运动姿态解耦成垂直运动、俯仰运动 和侧倾运动三种运动，针对每种运动将车身分成不同的模块，采用参数自调整模糊控制策 略提出每只悬架的作动力施加方案；而后根据悬架效用函数优化作动力，其中函数的最优 值采用黄金分割算法求解，从而使悬架控制获得良好的效果和实时性，输出控制信号(电 流)至四支主动减振器3-6，施加作动力，完成一个控制循环。悬架系统的运动解耦汽车在行驶的过程中不仅要考虑汽车的垂直运动，同时还要考虑俯仰运动和侧倾 运动。把整车耦合的三个自由度运动分别隔离，将整车模型视成四个1/4车体模型、前后两个1/2车体模型和左右两个1/2车体模型之和。如图4所示。对每个分块分别采用相应的 控制逻辑进行独立控制，然后把抑制垂向运动、俯仰运动和侧倾运动需要的三个作动力叠 加，就得到实现总体控制目标的各个主动减振器输出的作动力。 悬架控制根据车身当前的姿态来分配主动减震器的各自作动力，因此车身运动姿 态识别的正确与否，会极大地影响到悬架控制的性能。七自由度半主动悬架整车模型包含 了车辆的垂直、侧倾和俯仰运动，这三种车身姿态既可能单独存在，也可能三者之间存在运 动耦合。表1车身姿态识别及悬架控制推理逻辑 令车身运动姿态集为Φ^{φνφ2,φ^(1)其中，夠,夠，％分别为垂向振动、侧倾和俯仰加速度值；作用在悬架系统上的作动力模型为Fi = (FiajFij2jFij3I⑵其中，i = 1,2,3,4 ；分别代表左前、右前、左后、右后车轮的悬架；Fiil，Fij2, Fii3分 别为垂向振动、侧倾和俯仰控制器施加在第i轮悬架上的作动力。在悬架系统的作动力模型的基础上，结合车身运动姿态集，设计出主动悬架系统 的控制的推理规则集如式(3)和表1所示。Ω={ωι,ω2,ω3}=>Ψ={ ^ ,8}(3)其中，COi = {+，-}，i = 1，2，3代表垂向振动、侧倾和俯仰控制器施加在悬架上作 动力的方向集，+代表使悬架压缩，“代表使悬架伸张。Ψ代表悬架控制的8种状态集。参数自调整模糊控制器的设计模糊控制是近年来迅速发展起来的新型控制方法，在控制过程中包含大量的人的 控制经验和知识，与人的智能行为类似，有效地解决了车辆主动悬架系统多参数、非线性问 题。在车辆行驶过程中，模糊控制器根据车况变化，调节主动悬架减振器的作动力，实现衰 减车体振动，抑制车身姿态变化，提高车辆行驶平顺性和乘坐舒适性。模糊控制输入变量的基本论域与路面干扰有着密切关系，应根据受到路面干扰的6最大值来确定，输出变量的基本论域则以汽车在不同路面行驶时保持良好的悬架特性为原 则。根据整车运动隔离控制的原理，把整车模型分成四个1/4车体垂直运动模型、前后两个 1/2车体俯仰模型、左右两个1/2车体侧倾模型之和(如图5、6、7)。对每个模型分块分别 采用相应的控制逻辑进行独立控制，然后把抑制垂向运动、俯仰运动和侧倾运动需要的三 个作用力叠加，就得到实现总体控制目标的各个主动减振器输出的作动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于主动悬架评价指标的车身姿态解耦控制系统，其特征在于，所述控制包括安装于车身质心处加速度传感器和陀螺仪传感器、车身运动解耦模块、模糊控制器和悬架系统；所述加速度传感器和陀螺仪在线提取汽车行驶中车身的运动姿态信号发送至所述车身运动解耦模块，所述车身运动解耦模块将车身运动姿态解耦成运动垂向运动、俯仰运动和侧倾运动三种运动形式，所述模糊控制器分别针对每种运动将车身分成不同的模块，采用参数自调整模糊策略提出每只悬架的作动力优化方案，输出控制信号至悬架系统的四支主动减振器，施加作动力，完成一个控制循环。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，黄晨，江浩斌，王大冲，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]