[发明专利]一种基于单神经元PID控制的车辆ISD悬架主动控制方法

说明书

本发明公开了一种基于单神经元PID控制的车辆ISD悬架主动控制方法，该方法包含如下步骤：(1)建立ISD悬架四分之一模型；(2)确定路面的垂直位移；(3)确定车辆悬架性能评价指标；(4)确定神经元学习规则和学习算法。本发明能简单易行地使ISD悬架系统适应环境变化，改善车辆性能，该方法为车辆ISD悬架设计及应用提供了一种新的研究思路与方向，尤其是对于可控ISD悬架的研究。

技术领域

本发明属于车辆悬架系统控制领域，尤其是对于应用惯容器技术的车辆ISD(Inerter-Spring-Damper)悬架系统控制。本发明涉及一种车辆ISD悬架的控制方法，特指一种车辆液电耦合式ISD悬架控制方法。

背景技术

车辆悬架是指车身和车轮之间的所有传力连接装置的总称，它的组成部分通常包括弹簧、阻尼和导向机构。其主要功能是传递车身和车轮之间的力与力矩，缓冲来自不平路面传递给车身的冲击，来保证车辆的平顺行驶和乘客乘坐的舒适性，是车辆系统动力学研究的重点之一。

剑桥大学学者Smith于2003年提出了惯容器的思想，并设计出齿轮齿条式惯容器与滚珠丝杠式惯容器，实现机械网络与电路网络之间严格的对应，惯容器具有与电容相似的功能,即能够阻断低频信号的传递。车辆ISD悬架就是由“惯容器(Inerter)-弹簧(Spring)-阻尼器(Damper)”构成的新型悬架简称，该悬架将惯容器引入悬架系统，打破了传统悬架的“弹簧-阻尼器”结构，为悬架振动控制研究提供了新的思路。

单神经元是神经网络最基本的组成单元，将其与PID控制结合成单神经元PID控制，使控制参数适应外部环境，具有响应速度快、结构简单、易于计算、处理非线性能力强和鲁棒性好等特点。

当前，车辆ISD悬架的研究方向主要有被动ISD悬架的网络综合和可控ISD悬架，后者是该领域研究的新热点，尚处于元件参数的半主动调协阶段，没有结合ISD悬架复杂的动力学特性进行主动协调控制，悬架性能有待进一步提高。

发明内容

基于以上原因，本发明提供了一种基于单神经元PID控制的车辆ISD悬架主动控制方法，可以运用此方法对车辆ISD悬架系统多元件进行动力学分析，确定控制参数的最优解获得最适输出力，达到阻抗匹配的协调控制效果，有效解决可控ISD悬架主动协调控制问题。该方法可以自行设计车辆悬架性能的评价指标，并根据需要对合适的性能指标加权系数。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案为一种基于单神经元PID控制的车辆ISD悬架主动控制方法，包括以下步骤：

步骤1)，建立ISD悬架四分之一模型：

其中，z_s、z_u、z_b和z_r分别为车身、轮胎、阻尼上端点和路面的垂直位移，u为液电耦合式惯容器两端的力，f为直线电机的作动力，c为阻尼系数，k为悬架刚度系数，b为惯质系数，m_s为簧载质量，m_u为非簧载质量，k_t为轮胎刚度；

步骤2)，确定路面的垂直位移z_r，公式为：

其中，n₀为参考空间频率，w(t)为均值为0的白噪声，f₀为下截止频率；G_q(n₀)为路面不平度系数；v为车速；

步骤3)，确定车辆悬架性能评价指标，包括车身加速度、轮胎动载荷和悬架动挠度中的至少一项；

步骤4)，确定神经元学习规则为有监督的Delta学习规则：