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专利号: 2018110577422
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.磁流变半主动悬架的减振器力学特性时变补偿控制系统,其特征在于,包括在垂直方向上,车辆的车轮质量(7)与等效成弹簧的轮胎(8)组成车轮,车轮位于簧载质量(2)的下方,簧载质量(2)与车轮质量(7)之间并联有悬架弹簧(1)和磁流变减振器(6);在簧载质量(2)上设有簧载质量加速度传感器(3),在车轮质量(7)上设有车轮质量加速度传感器(5),所述簧载质量加速度传感器(3)和车轮质量加速度传感器(5)分别连接磁流变半主动悬架控制器(4),所述磁流变半主动悬架控制器(4)连接数控电流源(9),所述数控电流源(9)连接磁流变减振器(6)。

2.根据权利要求1所述的磁流变半主动悬架的减振器力学特性时变补偿控制系统,其特征在于,所述磁流变半主动悬架控制器(4)包括扩展卡尔曼滤波器(10)、时滞补偿预测控制器(11)、软约束泰勒级数LQG时滞补偿控制器(12)、半主动力求取控制器(13)与控制电流求解控制器(14);所述簧载质量加速度传感器(3)和车轮质量加速度传感器(5)的输出端连接扩展卡尔曼滤波器(10),所述扩展卡尔曼滤波器(10)的输出端连接软约束泰勒级数LQG时滞补偿控制器(12),软约束泰勒级数LQG时滞补偿控制器(12)的输出分别连接时滞补偿预测控制器(11)与半主动力求取控制器(13),所述时滞补偿预测控制器(11)的输出连接软约束泰勒级数LQG时滞补偿控制器(12)的输入,所述半主动力求取控制器(13)的输出端分别连接扩展卡尔曼滤波器(10)与控制电流求解控制器(14),所述控制电流求解控制器(14)的输出端连接数控电流源(9)。

3.一种如权利要求1所述的磁流变半主动悬架的减振器力学特性时变补偿控制系统构造方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,扩展卡尔曼滤波器(10)对所接收的当前时刻两个加速度 和上一个工作循环求得的理想半主动力 进行处理,输出当前时刻的车辆运动状态向量X及磁流变减振器的复合输出力变化量Fd的观测量步骤2,软约束泰勒级数LQG时滞补偿控制器(12)对当前时刻的复合输出力变化量的观测量 和上一工作循环理想时滞主动力Fb(t-τ)进行处理,输出给上一工作循环的理想主动控制预测力 以及当前时刻的理想主动控制预测力Fp;

步骤3,时滞补偿预测控制器(11)根据上一工作循环的理想主动控制预测力 求得的上一工作循环理想时滞主动力Fb(t-τ);

步骤4,理想半主动力求解控制器(13)输出当前时刻的理想半主动控制力Fps;

步骤5,控制电流求解控制器(14)根据当前时刻的理想半主动控制力Fps得到理想控制电流Ii;

步骤6,将理想控制电流值Ii输入至数控电流源(9),数控电流源(9)输出实际控制电流Ia至磁流变减振器(6),进而实现磁流变半主动悬架的减振器响应时滞与力学特性时变的补偿控制。

4.根据权利要求3所述的磁流变半主动悬架的减振器力学特性时变补偿控制系统构造方法,其特征在于,所述步骤1获得当前时刻的车辆运动状态向量X及磁流变减振器的复合输出力变化量Fd的观测量 具体过程如下:步骤1.1,针对车辆垂向方向上的运动进行动力学分析,得到磁流变半主动悬架运动状态方程;

其中,m1是车轮质量,m2是簧载质量,k1是轮胎刚度,k2是悬架刚度,z1是车轮质量的垂直位移,z2是簧载质量的垂直位移, 分别为z1、z2的一阶微分, 分别为z1、z2的二阶微分,q是路面不平度对车轮的位移输入,t是当前时刻,τ为响应时滞时间,c0是磁流变减振器的基值黏性阻尼系数,FMR-I是为稳态磁流变减振器通过电流控制的阻尼力部分,简称稳态控制力,磁流变减振器复合输出力时变量Fd。

步骤1.2,通过扩展卡尔曼滤波器10观测出磁流变减振器复合输出力时变量Fd:根据:Fd=FMR_r-FMR+ks+{fy0tanh[b1v+b2sgn(a)]+f0}将Fd写成干扰形式:

其中,FMR_r为磁流变减振器的实时输出力,FMR为磁流变减振器的稳态输出力,k为磁流变减振器的稳态刚度系数,s、v、a分别减振器活塞相对于减振器筒的位移、速度、加速度,b1、b2、fy0为拟合参数,tanh()表示双曲正切函数,f0为稳态偏置力,qd为干扰量,λ为正实数, 是Fd的一阶导数;

步骤1.3,获得当前时刻的车辆运动状态向量X及磁流变减振器的复合输出力变化量Fd的观测量根据状态方程:

求得磁流变减振器的复合输出力变化量的观测量

其中, 为状态方程的输出, 为 的一阶微分, 是X1的观测值,矩阵 X当前时刻的车辆运动状态向量,X=(x1,x2,x3,x4)T,x1=z1-q,x2=z2-z1, z1是车轮质量的垂直位移,z2是簧载质量的垂直位移, 分别为z1、z2的一阶微分λ为正实数,m1与m2分别是车轮质量和簧载质量,k1与k2分别是轮胎刚度和悬架刚度,c0为磁流变减振 器的基 值黏 性阻 尼系数 ,U 1= [F (t-τ) ] ,G=[-1 0  0 0]T;

为X的一阶微分;G=[-1 0 0 0]T,U=[FMR-I(t-τ)+Fd], q是路面不平度对车轮的位移输入,为q的一阶微分。

5.根据权利要求4所述的磁流变半主动悬架的减振器力学特性时变补偿控制系统构造方法,其特征在于,Pk、Nk、Rk通过以下方法求得:Pk是以下黎卡提方程的唯一解;

式中,V1是簧载质量加速度与车轮质量加速度测量信号噪声向量; 为干扰量W1的自谱; 为测量信号噪声向量V1的自谱; 为W1与V1的互谱。

6.根据权利要求3所述的磁流变半主动悬架的减振器力学特性时变补偿控制系统构造方法,其特征在于,获得当前时刻的理想主动控制预测力Fp的方法是:其中,Kp为控制计算向量,Kp按LQR函数(Kp,Sp,Ep)=LQR(A2,B2,Q2s,R2s,N2)求取,Sp和Ep分别 是求 解K p用黎 卡提 方程 的 和特征向 量 ,T

N2=[01×6],R2s=R2+[ψFp],R2=B2 (4,:)B2(4,:)=[0]ψFp为Fp的软约束控制调节系数,它按通过优化J

求最小值来确定。

7.根据权利要求3所述的磁流变半主动悬架的减振器力学特性时变补偿控制系统构造方法,其特征在于,求得的上一工作循环理想时滞主动力Fb(t-τ),具体过程为:其中, 是上一工作循环理想时滞主动力Fb(t-τ)的一阶导数, 为上式所示时滞补偿预测方程的输出,等于Fb(t-τ)。

8.根据权利要求3所述的磁流变半主动悬架的减振器力学特性时变补偿控制系统构造方法,其特征在于,当前时刻的理想半主动控制力Fps的方法为:其中,x1=z1-q,x2=z2-z1, z1是车轮质量的垂直位移,z2是簧载质量的垂直位移, 分别为z1、z2的一阶微分。

9.根据权利要求3所述的磁流变半主动悬架的减振器力学特性时变补偿控制系统构造方法,其特征在于,得到理想控制电流Ii的方法为:其中,fMR_I为稳态控制力的励磁电流系数,fMR_I=c1v+fy1tanh[b1v+b2sgn(a)],c1为受电流影响的屈服后的稳态黏性阻尼系数,v、a分别减振器活塞相对于减振器筒的速度、加速度,b1、b2为拟合参数,tanh()表示双曲正切函数。

10.根据权利要求3所述的磁流变半主动悬架的减振器力学特性时变补偿控制系统构造方法,其特征在于,得到磁流变减振器(6)的稳态输出力FMR的方法为:FMR_I=fMR_I×Ia

fMR_I=c1v+fy1tanh[b1v+b2sgn(a)]

FMR=FMR_I+FMR_0

FMR_0=ks+fy0tanh[b1v+b2sgn(a)]+f0+c0v式中:fMR_I为稳态控制力的励磁电流系数;FMR_0为不受电流影响的稳态输出力;c0为磁流变减振器的稳态基值黏性阻尼系数;c1为受电流影响的屈服后的稳态黏性阻尼系数;k为磁流变减振器的稳态刚度系数;tanh()表示双曲正切函数,f0为稳态偏置力;s、v、a分别减振器活塞相对于减振器筒的位移、速度、加速度;b1、b2、fy0、fy1为拟合参数。