1.具有电液执行器主动悬架的重载车辆复合姿态控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:建立三轴车辆整车九自由度动力学模型并分析车体运动几何关系;
步骤2:建立具有电液执行器的二自由度主动悬架模型;
步骤3:以车身水平为期望姿态,根据惯性测量单元实时测量得到的车身状态获得姿态误差,并设计离散PI控制器进行姿态跟踪补偿,最后根据车体运动几何关系获得各电液执行器期望位移;
步骤4:将电液执行器虚拟为柔性执行器,设计具有力跟踪性能的电液执行器导纳控制;
所述将电液执行器虚拟为柔性执行器,设计具有力跟踪性能的电液执行器导纳控制,具体包括:将电液执行器虚拟为柔性执行器,并设置虚拟导纳参数来调节执行器的刚度和阻尼;
为了提高输出力跟踪效果,引入广义阻抗公式来描述电液执行器输出力与执行器位移的动态关系,如下公式所示:其中,zr和zd分别表示液压执行器的垂向参考位移和垂向期望位移,Fu代表电液伺服系统主动输出力,Fd表示液压执行器的期望输出力,Bd和Kd分别表示期望的虚拟阻尼以及刚度系数,Kf为广义力跟踪参数;
假设系统采样时间T是很小的常数,k为第k个时间步长,zs(t)和 代表电液执行器悬架簧上质量垂向位移以及速度,则 的一阶离散化公式为:进一步离散变换得到:
其中,
最终得到如下所示具有柔顺效应的单轮电液执行器导纳控制公式:
步骤5:将姿态控制输出的各电液执行器位移指令作为电液执行器导纳控制的参考位移输入,同时以三轴实验样车各轮所承担簧上静载荷标称值作为各电液伺服执行器期望输出力进行力跟踪导纳控制,得到最终位置控制指令并进行位置跟踪控制,完成最终复合姿态控制算法。
2.根据权利要求1所述的具有电液执行器主动悬架的重载车辆复合姿态控制方法,所述建立三轴车辆整车九自由度动力学模型以及分析车体运动几何关系,具体包括:首先,根据牛顿第二定律建立整车主动悬挂的动力学模型:
其中,z、θ和 分别表示为车辆质心的垂向位移、俯仰角和侧倾角;zsi,i=1,2,…,6为对应左前、右前、左中、右中、左后以及右后悬架电液伺服执行器与车身铰接点处的垂向位移;zui为各非簧载质量的垂向位移;qi为各车轮对应的路面输入;Fi为悬架执行器在垂直方向产生的等效作用力;M为车辆簧载总质量;mui为各车轮对应的非簧载质量;Ix和Iy分别为车身绕X轴和Y轴的转动惯量;ld为左右车轮轮距;la,lb,lc和 为各悬架执行器到车身质心的距离;v表示车辆在前进方向的速度;
T
令Zs=[zs1,zs2,zs3,zs4,zs5,zs6] , L表示车身几何参数,则有车体运动几何关系为Zs=Lδ;
3.根据权利要求2所述的具有电液执行器主动悬架的重载车辆复合姿态控制方法,所述建立具有电液执行器的二自由度主动悬架模型,具体包括:建立单个车轮对应的二自由度主动悬架模型:
其中,ms,mu分别代表簧上质量和簧下质量,zs和zu分别代表簧上质量和簧下质量的垂向位移,Fu代表电液伺服系统主动输出力,kt和bt分别代表轮胎的刚度和阻尼系数,zq表示路面输入,Ff为执行器油缸内部未建模摩擦力, 表示车轮动态轮胎力。
4.根据权利要求3所述的具有电液执行器主动悬架的重载车辆复合姿态控制方法,所述以车身水平为期望姿态,根据惯性测量单元实时测量得到的车身状态获得姿态误差,并设计离散PI控制器进行姿态跟踪补偿,最后根据车体运动几何关系获得姿态控制各电液执行器期望位移,具体包括:设定控制系统采样时间为T,k为第k个时间步长,k时刻惯性测量单元采集到的姿态数据为z(k),θ(k)以及 以车身水平姿态为期望姿态,则车身姿态误差矩阵为车身垂向位移控制PI公式如下所示Δzm(k)=‑KP(z(k)‑z(k‑1))‑KIz(k)根据上述公式能够计算得到中间姿态偏差值 则k时
T
刻各执行器期望伸缩位移Zr(k)=[zr1(k),zr2(k),zr3(k),zr4(k),zr5(k),zr6(k)]能够根据下式计算得到Zr(k)=Lδm(k)。
5.根据权利要求1所述的具有电液执行器主动悬架的重载车辆复合姿态控制方法,所述将姿态控制输出的各电液执行器位移指令作为电液执行器导纳控制的参考位移输入,同时以三轴实验样车各轮所承担簧上静载荷标称值作为各电液伺服执行器期望输出力进行力跟踪导纳控制,得到最终位置控制指令并进行位置跟踪控制,完成最终复合姿态控制算法,具体包括:将导纳控制得到的所述具有柔顺效应的单轮电液执行器导纳控制公式扩展应用到多轴车辆其他车轮对应电液执行器,各执行器导纳力跟踪控制的期望输出力设置为并将得到的车辆姿态控制各执行器期望伸缩位移zri(k)作为各电液执行器导纳控制的参考位移,最终得到如下所示复合姿态控制各电液执行器期望位置指令zdi(k),i=1,2,…,6: