[发明专利]一种基于粒子群优化的车辆ISD悬架PDD控制理想模型

说明书

本发明公开了一种基于粒子群优化的车辆ISD悬架PDD控制理想模型，该理想模型通过串并联组合弹簧、阻尼器和惯容器等元件而成。通过对ISD悬架运动学方程的拉氏变换、悬架功率求解与设定PDD控制、粒子群参数优化求解得到理想模型。本发明提供了一种新的悬架理想模型与研究思路，能使ISD悬架得到宽频域的综合性能提升，为ISD悬架的主动控制奠定基础。

技术领域

本发明属于车辆悬架系统建模领域，尤其是对于应用惯容器装置的车辆ISD(Inerter-Spring-Damper)悬架系统建模。本发明涉及一种车辆ISD悬架的动态理想模型，特指一种结合PDD(Power-Driven-Damper)控制与粒子群参数优化的ISD悬架理想模型。

背景技术

惯容器的概念由剑桥大学的Smith教授提出。作为一种两端点的质量元件，惯容器可有效应用于车辆悬架隔振系统的设计，并形成了以“惯容器-弹簧-阻尼器”为核心的车辆ISD悬架系统。惯容器的引入打破了传统悬架的“弹簧-阻尼器”固有结构，解决了其由于缺少质量阻抗而限制了悬架性能的问题，惯容器能够有效减小车辆的低频共振，提高车辆的隔振性能，为悬架振动控制研究提供了新的方向和思路。

在第二类机电相似性理论中，质量元件与“接地”的电容元件相对应，极大的限制了电学系统中的网络综合理论在机械系统中的应用。而两端点特性元件惯容器的提出，使得电学理论中无源网络的RLC(电阻、电感与电容)综合方法可以同样适用于机械网络系统，即根据系统阻抗传递函数的响应特性，用无源的惯容器、弹簧和阻尼器元件进行被动实现。

中国专利CN110001336A公开了一种基于ADD正实网络优化的车辆ISD悬架一阶理想模型，能使ISD悬架的综合性能得到提升，但由于ADD控制的特性，控制过程中会出现抖振现象，悬架系统性能会受到一定的影响。

ISD悬架经过十余年的发展，其结构形式与匹配方法也不断革新。近年来，ISD悬架的研究方向也从传统的被动结构研究转向半主动和主动控制研究。而在宽频域范围内提高ISD悬架系统的隔振性能仍有着很大的研究空间与前景，如何设计出一种新型高效的ISD悬架理想模型决定着可控ISD悬架的动态控制品质及性能。

发明内容

基于上述原因，本发明提供了一种基于粒子群优化的车辆ISD悬架PDD控制理想模型，利用含有惯容器的ISD悬架有效抑制低频振动和PDD控制有效抑制中高频振动的特点，提升悬架系统的综合性能。由于理想模型的复杂程度，在实车布置对空间要求较高，因此可作为主动控制如自适应控制和滑模变结构控制中的理想参考模型，从而提高主动ISD悬架的综合性能。

为构建上述理想模型，本发明所采用的技术方案为：一种基于粒子群优化的车辆ISD悬架PDD控制理想模型，其特征在于，包括：

步骤(1)：建立ISD悬架四分之一模型：

其中，m_s为簧载质量，m_u为非簧载质量，k_r为悬架的支撑弹簧刚度，c_p为PDD控制的半主动阻尼系数，k_t为轮胎等效弹簧刚度，z_s为簧载质量的垂向位移，为簧载质量的垂向速度，为簧载质量的垂向加速度，z_u为非簧载质量的垂向位移，为非簧载质量的垂向速度，为非簧载质量的垂向加速度，z_r为路面不平度的垂向输入位移，T(s)为阻抗传递函数；对上述ISD悬架四分之一模型进行拉式变换得到：

其中，s为拉氏变量，Z_s为簧载质量的垂向位移的拉普拉斯变换形式，Z_u为非簧载质量的垂向位移的拉普拉斯变换形式，Z_r为路面不平度的垂向输入位移的拉普拉斯变换形式；

步骤(2)：阻抗传递函数T(s)以速度型阻抗传递函数形式表示如下：