[发明专利]汽车电控阻尼悬架系统冲击工况最优宾汉数控制方法

说明书

本发明公开了一种汽车电控阻尼悬架系统冲击工况最优宾汉数控制方法，其依附硬件包括车辆电控阻尼悬架系统以及位移传感器与力传感器，步骤：1)根据车辆悬架在拉伸与压缩状态下的力学特性建立冲击工况下汽车悬架系统动力学模型；2)利用动力学模型与悬架控制初始条件计算电控阻尼悬架在冲击激励下的运动状态，并计算压缩与回弹过程的最优宾汉数与相应期望力；3)基于多算子模型，建立汽车电控阻尼执行器非线性力学模型；4)利用电控阻尼执行器非线性力学模型跟踪期望力，计算与最优宾汉数匹配的最优输出功率。本发明能够快速、精确地实现冲击缓冲的自适应控制，从而能有效降低冲击激励对车身/车架结构和驾乘人员的结构性损伤。

技术领域

本发明涉及汽车垂向动力学建模及控制领域，具体地说是一种汽车电控阻尼悬架冲击缓冲动力学建模与控制方法。

背景技术

实现冲击激励的自适应控制，降低冲击载荷对工程设备损坏和操作人员带来的危害，是许多工程应用中无法忽视的难题，诸如航天器的着陆装置，座椅碰撞保护装置，火炮枪械后座缓冲装置等。因此，最大化地降低冲击载荷造成的危害，不仅是冲击控制领域一个重要的研究课题，同时也具有巨大且广泛的应用价值。由于冲击激励的突发性与瞬时性，传统结构往往难以满足冲击缓冲控制的快速响应和自适应的要求。而磁流变智能材料因毫秒级的响应时间以及力学特性连续可变，在冲击缓冲控制领域具有非常好的应用前景。目前电控阻尼悬架系统已广泛应用于汽车振动控制领域，但关于冲击缓冲的控制策略还不是很多。

ChulheeHan和Byung-HyukKang以电控飞机起落架为研究对象，在天棚控制器的基础上设计了一种混合控制器用于降低飞机着陆时的冲击载荷，提高了飞机的着陆效率，降低了飞机着陆时对成员造成的不舒适性。但该混合控制方法没有充分利用控制减振器的行程，不能最大程度降低冲击载荷。

恒定力冲击缓冲控制策略最大化地用了减振器行程，且在冲击缓冲过程中阻尼力波动很小。但恒定力控制策略需要实时根据上一时刻的加速度状态调整当前状态阻尼力输出，导致控制器的需要在每一个控制步长处理位移、速度、加速度信号，并调整输出功率。恒定力控制方法参数较多，对于控制器处理数据的能力具有一定的要求。

发明内容

本发明为了解决上述技术所存在的不足提出了一种汽车电控阻尼悬架系统冲击工况最优宾汉数控制方法，以期能够快速、精确地实现冲击缓冲的自适应控制，从而能有效降低冲击激励对车身/车架结构和驾乘人员造成的结构性损伤和伤害。

本发明为了达到上述的发明目的，采用以下的技术方案：

本发明一种汽车电控阻尼悬架系统在冲击工况下最优宾汉数控制方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1：利用式(1)建立冲击缓冲压缩过程中的电控阻尼悬架动力学模型：

mz″(t)+cz′(t)-f_yc+mg+kz(t)＝0 (1)

式(1)中，m为簧载质量；z″(t)、z′(t)与z(t)是电控阻尼执行器在缓冲过程中t时刻的加速度、速度与位移；t表示时刻；c表示电控阻尼执行器的阻尼系数；f_yc为冲击缓冲压缩过程中电控阻尼执行器的可控阻尼力；g为重力加速度；k为弹簧刚度系数并有：

式(2)中，w_n表示无阻尼刚度，且ζ表示阻尼比，且ζ1，F_yc为冲击缓冲压缩过程中抵消重力之后的电控阻尼执行器的等效阻尼力，并有：

F_yc＝f_yc-mg (3)

步骤2：利用冲击缓冲压缩过程的初始状态计算式(2)，得到如式(4)-式(6)所示的冲击缓冲压缩过程中电控阻尼执行器的运动状态方程：