一种基于悬架主动控制的车辆行车调平方法

技术领域

本发明涉及悬架控制技术领域，尤其是一种基于悬架主动控制的车辆行车调平方法。

背景技术

车辆需要具备在行驶中调平车身姿态的能力，为车载专用装置正常运行提供平稳可靠的支撑条件。例如，防空激光武器作战车，在追击无人机等目标时需要保持车身水平，便于高能激光炮将激光锁定目标某一点持续照射，实现能量攻击。举高消防机器人，其在跟随火势实施机动举高喷水作业时，需要底盘始终保持水平，防止高举臂架的机器人发生倾倒。车辆的行驶调平技术是国防军事、航天发射、应急救援、农业生产等事关国计民生重要领域的共同需求。

现有方法大多直接基于整车行驶动力学模型，设计以期望控制力或者期望位移为输出的控制器，再由作动器执行，通过调控车身俯仰角、侧倾角和身质心铅垂高(车身质心空间绝对垂向位移)收敛至常值基准位来实现行驶调平。然而，这暴露出现有设计方法两方面的不足。

其一，整车模型适合表征车辆的行驶力学特性，但并不是面向控制器设计的友好形式。一方面，整车行驶动力学模型系统输入数量大于被控状态的数量。直接基于此模型设计控制器，将导致解算控制算法时需要求解增益矩阵的右逆矩阵，十分麻烦。另一方面，直接以车身俯仰角、侧倾角和身质心铅垂高3个量为被控状态，需要实现位移和姿态的混合调控，控制算法设计和参数整定都相对困难。因此，建立便于控制器设计的模型形式将是优化控制方法设计的重要突破口。

其二，调平时需要调控车身质心铅垂高收敛至常值基准的方式存在固有缺陷。一方面，生产实际中无法通过外部标定等方式对车辆的空间坐标进行测量，车身铅垂高无法精准获取，这使得现有控制方法难以付诸实践；另一方面，车身质心铅垂高时刻跟踪常值基准的思路，实际上妨碍了各通道作动器之间的协作配合。因为，当车轮遇到路面激励时，常值基准只允许由该车轮所对应作动器做出调节，其他作动器则必须保持不动，才能确保车身质心铅垂高保持在基准位。即使在路面激励幅值超过作动器行程时，其他作动器也不能及时给予行程互补。而这将导致该作动器到达行程设定上限，发生限位碰撞，带来极差的乘坐体验和安全隐患。因此，对车身质心铅垂高的依赖和限制成为制约行驶调平方法发展的突出技术瓶颈。鉴于此，亟需一种使用非常值基准的车辆行车调平方法，以解决调平过程对车身质心铅锤高的依赖。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于悬架主动控制的车辆行车调平方法，综合权衡调平难度与精度，解决调平过程中对车身质心铅垂高的依赖。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于悬架主动控制的车辆行车调平方法，步骤如下：

步骤1：对整车垂向模型中的悬架节点进行分组；

步骤2：构建基于悬架动行程的动态基准；

步骤3：构建表示悬架节点i簧载部分的状态与动态基准间的差值的基准误差；

步骤4：控制各悬架节点i作动器按基准误差进行输出调节，使车身质心铅垂高收敛至动态基准实现车辆行车调平。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤1具体步骤如下：

步骤1.1：将整车垂向模型分解为由作动器驱动的带有相互耦合特性的多智能体悬架节点i；

步骤1.2：通过车载传感器直接测量悬架动态行程、俯仰角和侧倾角物理量，基于这些物理量构建出几何关系式(1)和式(2)

其中，l

步骤1.3：对悬架节点i进行分组，分为Ω

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤2具体步骤如下：

步骤2.1：设计动态基准z

其中(3)式表示将将Ω

其中，当全部悬架节点i属于Ω

步骤2.2：构建动态均衡量，在式(3)和式(4)中，引入动态均衡量h

其中，Ω

其中，全部作动器压缩时，n

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤3具体步骤如下：

步骤3.1：获取所有悬架节点i的动态基准状态信息；

步骤3.2：针对车体上车载传感器直接测量悬架动态行程、俯仰角和侧倾角物理量，构建基准误差，基准误差e

本发明技术方案的进一步改进在于：根据步骤3.2确定悬架节点i簧载部分的状态与动态基准间的差值，具体如下：

将动态基准式(3)(4)带入基准误差式(7)中，并利用z

式中，

全部作动器属于Ω

式中，

其中

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：通过对整车模型分解出悬架节点，对悬架节点进行控制操作，将基于超静定整车垂向动力学模型的位姿混合控制问题，转换为基于全驱型悬架节点动力学模型的单纯位移控制问题。通过构建和常值基准完全不同的动态基准，动态基准将跟随非簧载部分的运动状态实时动态调整，能适应大范围机动过程中路面起伏变化较大的情况，可提高车辆对复杂地形的适应能力，并且动态基准可以反映出路面整体起伏的大趋势。通过引入动态均衡量，可促进两组作动器的有效行程均衡分配，进而可提高车辆的通过性。最终，通过动态基准和基准误差的提出和设计，摆脱了依赖和限制车身铅垂高的技术瓶颈，解决了现有方法对车身铅垂高依赖和限制的实际问题，进而在实现行驶调平的同时进一步提高车辆的通过性将很好地支持后续低复杂度行驶调平控方法的设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本发明方法流程图；

图2是本悬架节点几何关系示意图；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1所示，为一种基于悬架主动控制的车辆行车调平方法的流程图，具体包括如下步骤。

步骤1：对整车垂向模型中的悬架节点进行分组。

步骤1.1：将整车垂向模型分解为由作动器驱动的带有相互耦合特性的多智能体悬架节点i；

步骤1.2：如图2所示，通过车载传感器直接测量悬架动态行程、俯仰角和侧倾角物理量，基于这些物理量构建出几何关系式(1)和式(2)

其中，l

步骤1.3：对悬架节点i进行分组，分为Ω

步骤2：构建基于悬架动行程的动态基准；

步骤2.1：设计动态基准z

其中(3)式表示将将Ω

其中，当全部悬架节点i属于Ω

步骤2.2：构建动态基准中的动态均衡量，在式(3)和式(4)中，引入动态均衡量h

其中，Ω

其中，全部作动器压缩时，n

其中可知，式(3)和式(4)构建的动态基准，与常值基准的设定方法极为不同，动态基准将跟随非簧载部分的运动状态实时动态调整，能适应大范围机动过程中路面起伏变化较大的情况，可提高车辆对复杂地形的适应能力。本发明的一个很重要的设置是(3)式和(4)式中的参数若根据非簧载部分的绝对空间垂向运动状态计算得出，实际中很难实现，而本发明提出的低复杂度控制方法并不需要直接计算动态基准，而真正需要计算的是各悬架节点簧载部分的运动状态与动态基准之间的差值。

步骤3：构建用于表示各悬架节点i簧载部分的运动状态与动态基准之间的差值的基准误差；

步骤3.1：获取所有悬架节点i的动态基准状态信息；

步骤3.2：针对车体上车载传感器直接测量悬架动态行程、俯仰角和侧倾角物理量，基于此，构建并解算基准误差，基准误差e

根据步骤3.2确定悬架节点i簧载部分的状态与动态基准间的差值，具体如下：

将动态基准式(3)(4)带入基准误差式(7)中，并利用z

式中，

当全部作动器属于Ω

式中，

需要说明的是，其中

步骤4：控制各悬架节点i作动器按基准误差进行输出调节，使车身质心铅垂高收敛至动态基准实现车辆行车调平。

特质分析

通过动态基准和基准误差的构建，能够确保车辆行车调平的四项特质。

第一，基准误差可以基于车载传感器的测量值计算得到，得益于动态基准(3)和(4)的巧妙设计，悬架节点i簧载部分的状态与动态基准间的差值即动态误差e

第二，动态基准z

第三，动态基准z

第四,动态均衡量h

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。