一种空气悬架的车高和阻尼协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种空气悬架的车高和阻尼协同控制方法，建立空气悬架整车动力学模型并进行线性化处理以及离散化处理；选取卡尔曼观测器作为整车观测器，利用卡尔曼观测器对整车状态信息进行处理；并将观测数据发送至MPC控制器；结合离散化的整车状态方程和观测数据制定MPC控制器的控制目标和成本函数，根据控制目标和成本函数输出悬架力F；设置MPC控制器控制量的约束，若得到的悬架力满足约束，则将该悬架力输出为悬架系统的最优目标悬架力；根据MPC控制器输出的最优目标悬架力，确定可调阻尼减振器和车高充放气电磁阀的具体动作并反馈作用于整车，进而实现车高和阻尼协同控制。进而实现车高和阻尼协同控制。进而实现车高和阻尼协同控制。

【技术实现步骤摘要】
一种空气悬架的车高和阻尼协同控制方法


[0001]本专利技术涉及半主动空气悬架控制技术，具体涉及一种空气悬架的车高和阻尼协同控制方法。

技术介绍

[0002]随着消费者对汽车舒适性的要求逐渐提高，空气悬架因其良好的刚度和阻尼特性开始得到了广泛的应用，为了进一步提高车辆性能，空气悬架内部各执行机构之间的协同控制是研究重点。专利CN202011521864.X将MPC控制应用于电控空气悬架，但是仅限于对车高进行控制，控制效果单一。专利CN105082920B实现了互联空气悬架阻尼和车高的协同控制，但是控制系统过于复杂，且控制对象为普及率较低的互联空气悬架，不适用于市面上常见的电控空气悬架。
[0003]综上所述，现有技术中针对空气悬架的车高和阻尼控制存在着协同性差问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的不足，本申请提出了一种空气悬架的车高和阻尼协同控制方法，基于MPC对空气悬架的车高与阻尼进行协同控制，进而提高了空气悬架系统的控制精度且适用于在任意工况下改善整车的行驶平顺性
[0005]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种空气悬架的车高和阻尼协同控制方法，包括如下步骤，
[0007]步骤1：建立空气悬架整车动力学模型并进行线性化处理以及离散化处理；
[0008]步骤2：选取卡尔曼观测器作为整车观测器，利用卡尔曼观测器对整车状态信息进行处理；并将观测数据发送至MPC控制器；所述整车状态信息包括车身位移、车身速度，所述观测数据为簧上质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷；
[0009]步骤3：结合离散化的整车状态方程和观测数据制定MPC控制器的控制目标和成本函数，根据控制目标和成本函数输出悬架力F；
[0010]步骤4：设置MPC控制器控制量的约束，若步骤3中得到的悬架力满足约束，则将该悬架力输出为悬架系统的最优目标悬架力；
[0011]步骤5：根据MPC控制器输出的最优目标悬架力，确定可调阻尼减振器和车高充放气电磁阀的具体动作并反馈作用于整车，进而实现车高和阻尼协同控制。
[0012]进一步，所述控制目标W表示为：
[0013]W＝C
dW
x[k]+D
duW
u[k]+D
dωW
ω[k][0014]其中，x[k]是离散处理后整车各参数和各参数一阶导数矩阵，u[k]是离散处理后控制量矩阵，ω[k]是离散处理后路面位移矩阵；C
dW
是x[k]项对应的状态矩阵，D
duW
是u[k]项对应的状态矩阵，D
dωW
是ω[k]项对应的状态矩阵。
[0015]进一步，所述成本函数J表示为：
[0016][0017]其中，x[N]为终端状态，P为终端状态权重矩阵，W[i]为控制目标在采样周期内的状态矩阵；Q
W
为状态权重矩阵；u[i]为控制量在采样周期内的状态矩阵；R
W
为输入权重矩阵；N为交叉权重矩阵。
[0018]进一步，状态权重矩阵Q
W
表示为：
[0019][0020]其中，ρ
s
、ρ
fd
、ρ
um
分别为簧上质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷对应的权重系数；I4为上述三个权重系数以及控制量权重系数ρ
u
组成的权重系数矩阵。
[0021]进一步，输入权重矩阵R
W
表示为：
[0022]R
W
＝ρ
u
I4[0023]其中，ρ
u
为控制量权重系数。
[0024]进一步，MPC控制器控制量的约束包括四轮位置处各可调阻尼减振器的阻尼力F
D
的约束、车高充放气电磁阀的开闭对空气弹簧力F
H
的约束。
[0025]进一步，四轮位置处各可调阻尼减振器的阻尼力F
D
的约束范围表示为：
[0026][0027]其中，F
Di
为第i个轮胎处可调阻尼减振器的阻尼力，i∈[fl，fr，rl，rr]，代指整车的前左、前右、后左、后右四轮位置处；c
min c
max
分别是阻尼系数的最小值和最大值；为悬架动行程的一阶导数。
[0028]进一步，车高充放气电磁阀的开闭对空气弹簧力F
H
的约束范围可表示为：
[0029]ΔP
Hdi
[k]S
0i
≤F
Hi
≤ΔP
Hci
[k]S
0i
[0030]其中，ΔP
Hci
[k]为空气弹簧在k时刻因充气引起的气压差；ΔP
Hdi
[k]为空气弹簧在k时刻因放气引起的气压差；S
0i
为充放气时空气弹簧的有效面积，F
Hi
为第i个轮胎处空气弹簧力。
[0031]进一步，基于最优目标悬架力，对于可调阻尼减振器的控制策略为：
[0032]最优阻尼系数c
*
与阻尼力F
D
可表示为
[0033][0034][0035]进一步，高调节系统中空气弹簧提供的悬架力大小为F
H
＝F
fl
‑
F
D
，改变车高时空气
弹簧内部的气压变化幅值表示为：
[0036][0037]其中，A
ei
为第i个轮胎处空气弹簧的有效面积，P为当前空气弹簧内部气压；F
i
为第i个轮胎处的悬架力；对于ΔP
i
存在增益系数使得|ΔP
fl
|取得最小值，故空气弹簧的车高充放气电磁阀的开闭时间表示为：
[0038][0039]其中，T
Hs
为MPC控制器的采样周期。
[0040]本专利技术的有益效果：
[0041]本专利技术从分层控制的角度考虑，将阻尼系数和车身高度对空气悬架性能的影响始终归结于各自的执行机构提供的悬架力。上层MPC控制器在滚动时域内求解空气悬架系统的最优目标悬架力。下层控制中最优目标悬架力依次由可调阻尼减振器和车高充放气电磁阀两个执行机构生成，从而在根本上解决空气悬架各执行机构协同控制的问题，提高了空气悬架系统的控制精度且适用于在任意工况下改善整车的行驶平顺性。
附图说明
[0042]图1是建立的整车模型示意图。
[0043]图2是基于MPC的空气悬架阻尼与车高协同控制系统框架图。
[0044]图3是MPC控制器求解最优目标悬架力的示意图。
[0045]图4是前左可调阻尼减振器和车高充放气电磁阀的具体动作示意图。
具体实施方式
[0046]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气悬架的车高和阻尼协同控制方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1：建立空气悬架整车动力学模型并进行线性化处理以及离散化处理；步骤2：选取卡尔曼观测器作为整车观测器，利用卡尔曼观测器对整车状态信息进行处理；并将观测数据发送至MPC控制器；所述整车状态信息包括车身位移、车身速度，所述观测数据为簧上质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷；步骤3：结合离散化的整车状态方程和观测数据制定MPC控制器的控制目标和成本函数，根据控制目标和成本函数输出悬架力F；步骤4：设置MPC控制器控制量的约束，若步骤3中得到的悬架力满足约束，则将该悬架力输出为悬架系统的最优目标悬架力；步骤5：根据MPC控制器输出的最优目标悬架力，确定可调阻尼减振器和车高充放气电磁阀的具体动作并反馈作用于整车，进而实现车高和阻尼协同控制。2.根据权利要求1所述的一种空气悬架的车高和阻尼协同控制方法，其特征在于，所述控制目标W表示为：W＝C
dW
x[k]+D
duW
u[k]+D
dωW
ω[k]其中，x[k]是离散处理后整车各参数和各参数一阶导数矩阵，u[k]是离散处理后控制量矩阵，ω[k]是离散处理后路面位移矩阵；C
dW
是x[k]项对应的状态矩阵，D
duW
是u[k]项对应的状态矩阵，D
dωW
是ω[k]项对应的状态矩阵。3.根据权利要求1所述的一种空气悬架的车高和阻尼协同控制方法，其特征在于，所述成本函数J表示为：其中，x[N]为终端状态，P为终端状态权重矩阵，W[i]为控制目标在采样周期内的状态矩阵；Q
W
为状态权重矩阵；u[i]为控制量在采样周期内的状态矩阵；R
W
为输入权重矩阵；N为交叉权重矩阵。4.根据权利要求1所述的一种空气悬架的车高和阻尼协同控制方法，其特征在于，MPC控制器控制量的约束包括四轮位置处各可调阻尼减振器的阻尼力F
D
的约束、车高充放气电磁阀的开闭对空气弹簧力F
H
的约束。5.根据权利要求4所述的一种空气悬架的车高和阻尼协同控制方法，其特征在于，四轮位置处各可调阻尼减振器的阻尼力F
D
的约束范围表示为：其中，F
Di
为第i个轮胎处可调阻尼减振器的阻尼力，i∈[fl,fr,rl,rr]，代指整车的前左、前右、后左、后右四轮位置处；c
min c
max
分别是阻尼系数的最小...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋净，曾敬，刘力新，王烨，王文豪，向华荣，曾帅，
申请(专利权)人：苏州凯瑞汽车测试研发有限公司，
类型：发明
国别省市：