[发明专利]基于NMPC的轮毂直驱空气悬架系统及协同控制方法

权利要求书

1.一种基于NMPC的轮毂直驱空气悬架系统，其特征是：其由传感器模块、拓展观测器模块、NMPC控制器、阻尼系数控制器、阻尼系数执行机构、附加气室控制器和附加气室执行机构组成；

所述的传感器模块测量簧上质量垂向加速度轮胎与电机转子质量垂向加速度和电机定子与剩余簧下质量垂向加速度并输入到拓展观测器模块中；

所述的拓展观测器模块的输出为簧上质量垂向位移z_s及其速度轮胎与电机转子质量垂向位移z_ur及其速度和电机定子与剩余簧下质量垂向位移z_us及其速度

所述的NMPC控制器的输入为拓展观测器模块输出的簧上质量垂向位移z_s及其速度轮胎与电机转子质量垂向位移z_ur及其速度电机定子与剩余簧下质量垂向位移z_us及其速度输出为最优悬架力F_I；

所述的阻尼系数控制器的输入为最优悬架力F_I和簧上质量垂向速度电机定子与剩余簧下质量垂向速度输出为最优阻尼系数^*

c_s以及最优悬架力F_I与阻尼力的差值F_I-F_D；所述的最优阻尼系数c_s^*输入到阻尼系数执行机构中；

所述的附加气室控制器的输入为最优悬架力F_I与阻尼力的差值F_I-F_D、簧上质量垂向位移z_s以及电机定子与剩余簧下质量垂向位移z_us，输出为目标附加气室容积所述的目标附加气室容积输入到附加气室执行机构中。

2.一种基于NMPC的轮毂直驱空气悬架系统的协同控制方法，其特征是包括以下步骤：

步骤A：NMPC控制器建立轮毂直驱空气悬架系统的离散化预测模型x(k+1)为当前离散时间k下一时刻k+1的状态量，x(k)、u(k)和y(k)为当前离散时间k下的状态量、输入量、输出量，A_td、B_td、C_td、D_td分别为离散化状态空间的状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵和前馈矩阵；

步骤B：将系统的控制目标转换为成本函数J，第k个采样时刻的可控制量u_c(k)要满足F_min≤u_c(k)≤F_max，F_max是悬架的执行机构能提供的最大悬架力，F_min是各执行机构能提供的最小悬架力，设置悬架动行程约束f_dpress≤f_d≤f_dstretch，f_dpress为悬架压缩行程极限值；f_dstretch为悬架拉伸行程极限值，将系统的优化问题描述为约束于求解可控制量u_c使成本函数J最小，得到最优悬架力F_I＝u_c；

步骤C：阻尼系数控制器求解得到最优阻尼系数阻尼力以及最优悬架力F_I与阻尼力F_D的差值F_I-F_D，c_aim为目标阻尼系数c_aim；

步骤D：附加气室控制器求解出目标附加气室容积k_v为空气弹簧刚度系数；m为多变系数；A_e为空气弹簧有效面积；p₀为初始状态下空气弹簧内压；p_a为大气压强；V₀为空气弹簧工作容积；为空气弹簧容积随弹簧位移的变化率；为空气弹簧有效面积随弹簧位移的变化率。

3.根据权利要求2所述的一种基于NMPC的轮毂直驱空气悬架系统的协同控制方法，其特征是：步骤C中，目标阻尼系数