[发明专利]一种用于车辆模态解耦的分层控制方法、系统及介质

权利要求书

1.一种用于车辆模态解耦的分层控制方法，其特征在于实施步骤包括：

1)获取车辆的构造数据和行车数据；

2)根据构造数据和行车数据建立车辆的整车七自由度振动参考模型；

3)将车辆的整车七自由度振动参考模型用模态转换矩阵TF转换，得到一个用于将车辆模型表示为解耦模态坐标方程的新七自由度模态解耦方程；

4)基于新七自由度模态解耦方程通过上层控制器根据控制目标求出期望模态控制力；

5)通过下层控制器结合具体的悬架作动器系统模型跟踪获取的期望模态控制力；

步骤2)的详细步骤包括：

2.1)根据构造数据和行车数据建立车辆的整车七自由度振动参考模型，且所述整车七自由度振动参考模型的函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，Z_s表示车身的垂直位移，Z_gij表示每个轮胎的路面轮廓激励，Z_uij表示非簧载质量四角处的垂直位移,F_sij表示每个角落的悬架力，F_aij表示每个角落的控制力，M_r是侧向激励产生的侧倾力矩，m_uij表示四个非簧载质量，m_s表示簧载质量，I_y表示俯仰转动惯量，I_x表示侧倾转动惯量，θ为俯仰角，为侧倾角，a为车辆质心到前轴的距离，b为车辆质心到后轴的距离，t_r为二分之一车辆后轮轮距，t_f为二分之一车辆前轮轮距，K_tij表示垂向刚度，其中i＝f,r,j＝l,r；

2.2)将所述整车七自由度振动参考模型改写成如式(2)所示矩阵形式；

式(2)中，M表示质量系数矩阵，C表示阻尼系数矩阵，K表示刚度系数矩阵，F表示力矩阵，Z表示状态量，表示Z的一阶微分，表示Z的二阶微分；

步骤3)中使用的模态转换矩阵TF的函数表达式如式(3)所示；

式(3)中，a为车辆质心到前轴的距离，b为车辆质心到后轴的距离，c＝2(a+b)，q₁＝4t_f，q₂＝4t_r，t_r为二分之一车辆后轮轮距，t_f为二分之一车辆前轮轮距；

步骤3)中得到的新七自由度模态解耦方程的函数表达式如式(4)所示；

式(4)中，M_m表示模态质量系数矩阵，C_m表示模态阻尼系数矩阵，K_m表示模态刚度系数矩阵，L_r表示路面模态输入系数矩阵，q_r表示路面模态输入，D_u表示模态控制量系数矩阵，u模态控制量，Z_m表示模态状态量，表示Z_m的一阶微分，表示Z_m的二阶微分；步骤3)中得到的新七自由度模态解耦方程的函数表达式的步骤包括：

将车辆的整车七自由度振动参考模型表示为如式(3-1)所示解耦模态坐标方程；

式(3-1)中，F_modal和Z_modal分别表示模态力和模态位移，TF表示模态转换矩阵，F_corner和Z_corner分别表示垂直方向上的力和位移；

将悬架力转换成模态坐标表示如式(3-2)所示的形式；

式(3-2)中，F_S表示模态悬架力，C_S表示四个悬架的阻尼构成的对角矩阵，表示Q_S的一阶微分，是新的悬架变形模态向量，所述新的悬架变形模态向量包括垂向、俯仰、侧倾和扭曲模态向量，K_S表示四个悬架的刚度构成的对角矩阵，TF表示模态转换矩阵；将簧载质量看作刚体，因此在簧载质量方程中加入虚构的扭曲运动，如式(3-3)所示；

式(3-3)中，diag(m_s,I_y,I_x,I_w)表示簧载质量和三个转动惯量构成的对角矩阵，表示Q的二阶微分，是新的簧载质量模态向量，TF表示模态转换矩阵，F_S表示模态悬架力，F_A表示模态控制力，MR表示侧向激励产生的模态侧倾力矩；m_s表示簧载质量，I_y表示俯仰转动惯量，I_x表示侧倾转动惯量，I_w表示扭曲转动惯量；将式(3-2)中的悬架力代入式(3-3)，改写为式(3-4)；

式(3-4)中，表示Q的二阶微分，diag(m_s,I_y,I_x,I_w)表示簧载质量和三个转动惯量构成的对角矩阵，TF表示模态转换矩阵，C_S表示四个悬架的刚度构成的对角矩阵，表示Q_S的一阶微分，是新的悬架变形模态向量，K_S表示四个悬架的阻尼构成的对角矩阵，F_A表示模态控制力，MR表示侧向激励产生的模态侧倾力矩；m_s表示簧载质量，I_y表示俯仰转动惯量，I_x表示侧倾转动惯量，I_w表示扭曲转动惯量；h_u表示悬架垂向模态向量，θ_u表示悬架俯仰模态向量，表示悬架侧倾模态向量，ω_u表示悬架扭曲模态向量；将簧下质量运动方程转化为模态形式；在力和位移转换后，簧下质量运动方程可以写为式(3-5)；

式(3-5)中，TF表示模态转换矩阵，表示Q_S的二阶微分，表示Q_S的一阶微分，是新的悬架变形模态向量，表示Q的二阶微分，是新的簧载质量模态向量，M_u表示簧下质量矩阵，K_T表示轮胎模态刚度矩阵，Q_G表示轮胎模态路面输入，C_S表示四个悬架的模态阻尼构成的对角矩阵，K_S表示四个悬架的模态刚度构成的对角矩阵，F_A表示模态控制力；将式(3-4)代入式(3-5)，可得簧下质量模态方程；最终，将式(3-4)的前三行与簧下质量模态运动方程相结合，推导出一种新七自由度模态解耦方程，用模态状态变量表示，写成矩阵形式如式(4)所示。