【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半主动悬架控制领域，尤其涉及一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法。
技术介绍
1、随着电子商务的兴起和全球贸易的发展，重型载货汽车的需求量持续增长。然而，重载车辆由于其运输特性常需行驶在较为颠簸的道路上，恶劣的行驶条件无疑对其减振性能提出了更高的要求。
2、悬架系统直接影响车辆的减振性能，而半主动悬架不仅兼顾了车辆的行驶平顺性和操作稳定性，还能以低于主动悬架的成本获得与其相近的性能。目前在悬架控制的研究中，多将路面不平顺作为唯一输入激励而忽略路面振动对车辆的影响，对于结构日益轻量化的乘用车而言，这是合理的，但对于重载车辆，忽视车路间耦合作用可能对控制效果产生较大的影响或导致次优结果的出现。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的不足，本申请提出了一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，在悬架系统的输入中额外考虑路面振动对于车辆的影响，将悬架系统的控制问题视为带有约束的扰动抑制问题并通过mpc来求解；此外，针对mpc计算量大的问题，采用一种显式模型预测的解决方案，将mpc的解用分段仿射函数表示，将最优控制序列的第一个输出存储为状态的“显式”函数，并将在线算法简化为简单的函数评估，能够进行实时控制，还可以提高控制的鲁棒性和稳定性。
2、本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，包括如下步骤：
4、s1、建立车—路动态耦合模型，基于车—路动态耦合模型分析出
5、s2、对减振器进行外特性试验，根据试验数据拟合出cdc减振器中阻尼力与悬架速度、电流关系表达式，构建减振器模型；
6、s3、基于s1和s2构建悬架模型，将悬架系统的控制问题表述为具有硬约束的扰动抑制问题并通过设计mpc控制器来求解；
7、s4、基于显式模型预测和状态观测器对mpc控制器进行改进，利用改进后的mpc控制器实现车路耦合影响下重载车辆半主动悬架控制，输出最优阻尼；基于最优阻尼完成重载车辆的平顺性控制，提升车辆减振能力。
8、进一步，建立的车—路动态耦合模型：设车体与车轮的静平衡位置为原点，且汽车悬架的刚度和阻尼都是线性的；用两端简支的有限长bernoulli-euler梁模拟柔性路面，用kelvin粘弹性路基模拟公路路基。
9、进一步，基于车—路动态耦合模型求解二次位移激励的方法为：
10、步骤1.1：重载车辆与路面之间的动力学微分方程表示如下：
11、
12、式中，ms、mus、ks、kus、cs、cus、ft分别为簧载质量、非簧载质量、悬架刚度、轮胎刚度、悬架阻尼、轮胎阻尼以及动态轮胎力；ys、yus、分别为车体位移、悬架位移、车体速度、悬架速度、车体加速度以及悬架加速度；
13、步骤1.2：当车辆行驶在路面上时，地基上的梁在动态轮胎力的作用下产生受迫振动，则路面垂向振动微分方程为：
14、
15、式中，e、i、k、c、ysec、mr、v、δ、t、x分别为路面弹性模量、路面转动惯量、路基刚度系数、路基阻尼系数、路面二次激励、单位路面质量、车速、狄拉克函数、车辆行驶时间以及车辆在行驶方向上的位移；
16、步骤1.3：设动载荷开始作用时，简支梁处于静止平衡位置，则路面垂向振动的初始状态与边界状态可定义为：
17、
18、
19、式中，l为简支梁的长度，ysec为路面二次位移激励；
20、步骤1.4：重载车辆行驶时，路面不平顺引起车辆振动，产生动态轮胎力ft作用于路面，引起路面振动，而振动的路面则会进一步加剧车辆振动，基于振型叠加的原理，将梁上的振动视为一系列振型的叠加响应：
21、
22、式中，ηi(t)为广义振型方程，表示为a为振型振幅，ωi为振型角频率，为振型初相，yi(x)为正则振型，i为振型的叠加数；
23、将上式带入路面垂向振动微分方程的无阻尼振型方程可得：
24、
25、根据路面垂向振动的初始状态与边界状态推导正则振型表达式为：
26、
27、将其带入到振型的叠加响应中，在方程两边同乘上述求得的正则振型函数并沿梁长l积分可推导得：
28、
29、式中，分别为ηi(t)的一阶导数和二阶导数，xt为车轮中心位置，qi(t)为体系振型，表示为ωi、ξi为无阻尼振型系数，表示为
30、将其代入简支梁垂向位移的叠加解并用广义杜哈梅积分法求解时汽车行驶过程中路面对车辆的二次位移激励为：
31、
32、式中，τ为杜哈梅积分中的时间常数，t为行驶时间，ωdi为指数函数系数，表示为
33、进一步，s2构建减振器模型的方法为：
34、s2.1、在测试台上完成减振器阻尼力外特性试验，获得试验数据；
35、s2.2、根据试验数据，采用多项式拟合的方法得到减振器阻尼力与悬架的相对运动速度以及控制电流的关系；
36、s2.3、对s2.2中减振器阻尼力与悬架的相对运动速度以及控制电流的关系取逆获得阻尼力逆模型：
37、
38、其中，i为电流大小；fs为减振器实时输出的阻尼力，分别为车体速度、悬架速度。
39、进一步，s3的具体步骤如下：
40、步骤3.1：将半主动悬架系统中实时阻尼系数cs等效为基值阻尼系数c0和可调阻尼系数cf，减振器实时输出的阻尼力表示为：
41、
42、其中，fcdc为减振器可调阻尼力，即
43、步骤3.2：将路面不平顺激励yq和路面二次激励ysec转换为路面输入激励y0，表示为：
44、y0＝yq+ysec
45、步骤3.3：建立四分之一车悬架垂向动力学模型，结合牛顿第二定律，悬架动力学方程为：
46、
47、
48、取状态变量系统输出系统输入量u＝[y0,fcdc]t，将原动力学方程转化为状态空间方程：
49、
50、其中，a为系统矩阵，b为控制矩阵，c为输出矩阵，d为直接传递矩阵；
51、步骤3.4：设计mpc控制器，将车辆垂向振动控制视为一种带约束的扰动抑制问题并通过mpc控制器来求解。
52、进一步，用于求解mpc优化问题的代价函数及约束条件表示如下：
53、
54、
55、其中，x0为系统初始状态，un为预测范围内对系统施加的输入，为约束集；x(k)、u(k)分别表示k时刻系统的状态和控制输入；l(x(k)，u(k))表示阶段成本，vf为终端成本，x(n)为预测范围内的系统状态，n为预测范围；
56、阶段成本和终端成本表示为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，其特征在于，建立的车—路动态耦合模型：设车体与车轮的静平衡位置为原点，且汽车悬架的刚度和阻尼都是线性的；用两端简支的有限长Bernoulli-Euler梁模拟柔性路面，用Kelvin粘弹性路基模拟公路路基。
3.根据权利要求2所述的一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，其特征在于，基于车—路动态耦合模型求解二次位移激励的方法为：
4.根据权利要求1所述的一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，其特征在于，S2构建减振器模型的方法为：
5.根据权利要求1所述的一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，其特征在于，S3的具体步骤如下：
6.根据权利要求5所述的一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，其特征在于，用于求解MPC优化问题的代价函数及约束条件表示如下：
7.根据权利要求1所述的一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬
8.根据权利要求7所述的一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，其特征在于，分段仿射函数的表达式为：
9.根据权利要求8所述的一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，其特征在于，观测器状态方程为：
10.根据权利要求9所述的一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，其特征在于，所述增广状态空间系统表示为：
...【技术特征摘要】
1.一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，其特征在于，建立的车—路动态耦合模型：设车体与车轮的静平衡位置为原点，且汽车悬架的刚度和阻尼都是线性的；用两端简支的有限长bernoulli-euler梁模拟柔性路面，用kelvin粘弹性路基模拟公路路基。
3.根据权利要求2所述的一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，其特征在于，基于车—路动态耦合模型求解二次位移激励的方法为：
4.根据权利要求1所述的一种车路耦合影响下重载车辆半主动悬架预测控制方法，其特征在于，s2构建减振器模型的方法为：
5.根据权利要求1所述的一种车路耦合影响下重...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽琴，陈必开，童佳玮，吴正坤，范知恒，沈凡淇，姚佳诺，许辉，徐兴，赵文，王国亮，左公政，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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