專利名稱：磁流變智能車輛懸架混合半主動變結(jié)構(gòu)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁流變智能車輛懸架混合半主動變結(jié)構(gòu)控制方法，屬于車輛懸架 系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
車輛懸架系統(tǒng)對路面車輛的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性和運(yùn)行安全性等性能有著十 分重要的影響。由于主動懸架的實(shí)現(xiàn)成本及性價比相對較高，且被動懸架又不能進(jìn)行實(shí)時 調(diào)節(jié)，因此，有必要采用半主動懸架。雖然應(yīng)用新型磁流變阻尼器(Magneto-rheological damper, MRD)的智能車輛懸架半主動控制研究已得到廣泛重視，但由于MRD的強(qiáng)滯環(huán)非線 性和車輛負(fù)荷等運(yùn)行參數(shù)的不確定性，使得該研究工作具有很強(qiáng)的挑戰(zhàn)性?，F(xiàn)有半主動控制方法具體包括如下幾個方面1) 一種針對“四分之一”MR車輛懸 架系統(tǒng)的半主動滑模控制策略，即選擇了一種理想的天棚半主動懸架系統(tǒng)作為參考模型， 根據(jù)實(shí)際被控系統(tǒng)和參考模型間的誤差動力學(xué)實(shí)現(xiàn)漸近穩(wěn)定的滑模控制，但不能有效地解 決MRD滯環(huán)非線性控制等問題；2) —種基于H00控制方法的MR整車懸架系統(tǒng)的半主動控制 策略，即將車廂質(zhì)量作為系統(tǒng)的不確定參數(shù)，但不能有效地解決4個MRD的協(xié)調(diào)控制問題； 3) 一種針對“四分之一”MR車輛懸架系統(tǒng)的半主動神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略，但僅在低頻段有較 明顯的控制效果；4) 一種針對“四分之一”MR車輛懸架系統(tǒng)非線性和參數(shù)不確定性的半主 動自適應(yīng)模糊控制策略，通過實(shí)際道路平順性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其在低頻段(l-3Hz)效果欠佳；5) 一種針對“四分之一"MR車輛懸架系統(tǒng)的改進(jìn)型半主動滑?？刂撇呗裕磻?yīng)用MRD多項式滯 環(huán)模型的逆?？刂品椒▉硌a(bǔ)償MRD的滯環(huán)非線性特性，但由于MRD多項式滯環(huán)模型的不精 確性，使得控制效果一般。上述幾種典型的魯棒控制方法有力地推動了 MR智能車輛懸架關(guān) 于MRD滯環(huán)非線性和車輛運(yùn)行參數(shù)不確定性的半主動控制研究，然而，上述方法雖針對“四 分之一” MR車輛懸架子系統(tǒng)進(jìn)行半主動控制研究，但尚缺乏對MRD滯環(huán)非線性控制和對車 輛懸架MRD不對稱懸架阻尼控制要求的系統(tǒng)解決辦法，且離實(shí)際應(yīng)用尚有較大距離。因此， 有必要設(shè)計一種磁流變智能車輛懸架混合半主動變結(jié)構(gòu)控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，針對MRD滯環(huán)非線 性和車輛載荷的變化，提出一種針對“四分之一”磁流變智能車輛懸架混合半主動變結(jié)構(gòu)控 制方法。為整車4個MR懸架子系統(tǒng)的解耦控制研究打好基礎(chǔ)。本發(fā)明以改進(jìn)型天棚懸架 系統(tǒng)為參考模型，根據(jù)被控系統(tǒng)和參考模型間的誤差動力學(xué)實(shí)現(xiàn)漸近穩(wěn)定的滑?？刂?，并 應(yīng)用MRD逆模和對稱阻尼型MRD產(chǎn)生不對稱阻尼特性的兩種基本控制策略，以實(shí)現(xiàn)MRD控 制阻尼力對其理想阻尼力的實(shí)時跟蹤控制。本發(fā)明為一種磁流變智能車輛懸架混合半主動變結(jié)構(gòu)控制方法，其步驟是第一步建立改進(jìn)型天棚參考模型。“四分之一”車輛懸架系統(tǒng)如附

圖1所示。在典型的模型參考控制系統(tǒng)中，要求將系統(tǒng)輸入提供給參考模型，實(shí)際系統(tǒng)和參考模型的不同響應(yīng)靠控制器來調(diào)節(jié)。然而，在車輛 懸架系統(tǒng)的設(shè)計過程中，將路面激勵信號提供給參考模型是非常困難的，因此本發(fā)明采用 附圖2所示的1自由度改進(jìn)型天棚懸架系統(tǒng)作為參考模型。由于輪胎剛度幾乎是懸架彈簧 剛度的5倍，因此在懸架系統(tǒng)正常工作頻率范圍內(nèi)，通常將非簧載質(zhì)量的運(yùn)動近似為路面 輸入，這樣非簧載質(zhì)量的狀態(tài)變化可直接作為參考模型的輸入，從而避免了直接測量路面 輸入信號Xi，其動力學(xué)方程表示為 ms0x0 + c0(is0 -xu) + CsXs0 + ks(xs0-xa) = 0(1)其中，Histl為理想簧載質(zhì)量，其單位為千克(kg) ；Xstl為理想簧載質(zhì)量垂直位移，其單 位為米(m) ;xu為底盤垂直運(yùn)動位移，其單位為米(m) ;cs為天棚阻尼系數(shù)1，其單位為牛頓 秒/米(Ns/m) ；Ctl為天棚阻尼系數(shù)2，其單位為牛頓秒/米(Ns/m) ;ks為懸架彈簧剛度牛頓 / 米(N/m)。第二步漸近穩(wěn)定的滑?？刂品椒āＳ捎趹?yīng)用天棚阻尼調(diào)節(jié)的車輛懸架系統(tǒng)能理想地實(shí)現(xiàn)車輛乘坐舒適性，因此本發(fā) 明設(shè)計的半主動變結(jié)構(gòu)控制器(HSMC)將通過使被控系統(tǒng)的簧載質(zhì)量1跟蹤參考模型理想 簧載質(zhì)量Histl的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)，漸近穩(wěn)定滑動模態(tài)在實(shí)際被控系統(tǒng)和參考模型間的誤差動力 學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生。滑模面定義為
_2] s=efi)+Aes(t)(2)其中，es(t)= Xs(t) -Xs0 (t) ,es(/) = i:s(0 -Xs0(/) , λ 為正常數(shù)，t 為時間，Xs 是 Xs (t)的簡寫，表示車廂垂直運(yùn)動位移，其單位為米(m)，Xstl是Xstl (t)的簡寫，表示理想簧載 質(zhì)量垂直位移。通過選定合適的λ來控制收斂速率，當(dāng)t趨于無窮大時，es(t)為零。在滑 模面s = 0上，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)表示為es = -Xes(3)其中， 為 ⑴的簡寫?；l件，si<0確保系統(tǒng)狀態(tài)能夠切換到滑模面。根據(jù)李亞普諾夫函數(shù)ν = s2/2，對V求導(dǎo)V = SS(4)由式(1)、(2)、(4)可求得F二 上(Xs-Xu)-、+ 電-丄Fd S(5)
msms .其中，F(xiàn)d是MRD輸出阻尼力，ms為實(shí)際簧載質(zhì)量，Xs是xs (t)的簡寫，表示車廂垂直 運(yùn)動位移，其單位為米(111)，\是\(0的簡寫，表示底盤垂直運(yùn)動位移，其單位為米(m)，ks 為懸架彈簧剛度牛頓/米(N/m)，es與式(2)中的含義相同。定義MRD控制阻尼力F。為Fc = Fdtl-KSgn(S)(6)其中，F(xiàn)dtl是理想阻尼力，K是變結(jié)構(gòu)控制增益，SgnO是符號函數(shù)。這樣，式(5)可 進(jìn)一步表示為-&)-‘+枚-丄(Fd0 -尺 sgnCs))ls(7 ) ms ms
假設(shè)實(shí)際簧載質(zhì)量ms與理想簧載質(zhì)量Histl受正常數(shù)β約束如下
權(quán)利要求
1. 一種磁流變智能車輛懸架混合半主動變結(jié)構(gòu)控制方法，其步驟是 第一步建立改進(jìn)型天棚參考模型采用1自由度改進(jìn)型天棚懸架系統(tǒng)作為參考模型，其動力學(xué)方程為 ms0x0 + C0(i:s0-xu) + csxs0 + ks(xs0 -xu) = 0(1)其中，ms(l為理想簧載質(zhì)量，其單位為千克(kg) ；Xstl為理想簧載質(zhì)量垂直位移，其單位 為米(m) ;xu為底盤垂直運(yùn)動位移，其單位為米(m) ;cs為天棚阻尼系數(shù)1，其單位為牛頓秒 /米(Ns/m) ；C0為天棚阻尼系數(shù)2，其單位為牛頓秒/米(Ns/m) ;ks為懸架彈簧剛度牛頓/ 米(N/m)；第二步采用漸近穩(wěn)定的滑?？刂品椒?，計算MRD控制阻尼力F。 Fc = Fdo-Ksgn (s) (6)其中，F(xiàn)dtl是理想阻尼力，K是變結(jié)構(gòu)控制增益，sgn()是符號函數(shù)； 理想阻力
全文摘要
本發(fā)明針對MRD滯環(huán)非線性和車輛載荷的變化，公開了一種針對“四分之一”磁流變智能車輛懸架混合半主動變結(jié)構(gòu)控制方法。其中，以改進(jìn)型天棚懸架系統(tǒng)為參考模型，根據(jù)被控系統(tǒng)和參考模型間的誤差動力學(xué)實(shí)現(xiàn)漸近穩(wěn)定的滑?？刂?，并應(yīng)用MRD逆模和對稱阻尼型MRD產(chǎn)生不對稱阻尼特性的兩種基本控制策略，以實(shí)現(xiàn)MRD阻尼力對其理想阻尼力的實(shí)時跟蹤控制，從而提升“四分之一”MR車輛懸架系統(tǒng)綜合性能，增強(qiáng)對車輛載荷的變化的魯棒性，并能有效抑制磁流變阻尼器的滯環(huán)非線性對系統(tǒng)性能的不良影響。
文檔編號G05B13/04GK102004443SQ201010144138
公開日2011年4月6日 申請日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者劉太明, 宋慧, 應(yīng)亮, 王恩榮, 趙陽, 顏偉 申請人:南京師范大學(xué)