一种匹配无悬架电动滑板底盘的车辆平顺性控制方法

1.本发明涉及车辆平顺性控制技术领域，具体涉及一种匹配无悬架电动滑板底盘的车辆平顺性控制方法。


背景技术：

2.车辆行驶平顺性是车辆性能评判中最重要的性能指标之一，传统汽车通过悬架结构对路面不平所激起的各种振动进行衰减及隔离，提高车辆平顺性。新兴的采用滑板底盘的无悬架汽车具有高集成度、高通用率等优势，可实现车身与底盘分离解耦开发，缩短研发周期，降低研发成本，能够适配多样化的车型开发需求，无悬架结构可进一步节省车体空间，但不能有效隔绝路面对汽车的扰动，难以满足更高的舒适性和驾乘体验需求，同时多样化的车型适配特点也为控制算法鲁棒性提出更高要求。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种匹配无悬架电动滑板底盘的车辆平顺性控制方法,包括以下步骤：
4.1)建立垂直与俯仰二自由度半车模型，将车轮传给车身的力简化为弹簧弹性力f
kw
和阻尼力f
cw
，其中w＝f,r分别表示前轮及后轮；
5.2)通过自适应滑模控制方法计算车辆虚拟垂向控制力；
6.3)通过自适应滑模控制方法计算车辆虚拟俯仰控制力矩；
7.4)计算电动液压作动器的期望主动控制力；
8.5)计算电动液压作动器的滑阀行程输入，以确保跟踪期望主动控制力。
9.优选的，步骤1)的实现过程为：将二自由度半车模型表示为：
[0010][0011]
其中，m为车身质量，为二次求导，zc为车辆垂向位移，fz为车辆垂向运动虚拟控制力，为车辆俯仰角，i为车辆俯仰运动转动惯量，δf为车辆垂向运动未知干扰力且|δf|≤f
′
，δm为俯仰运动未知干扰力矩且|δm|≤m
′
，f
′
、m
′
为已知的范数临界值，a、b分别为前、后车轮中心到车身质量中心的距离，为车辆俯仰运动虚拟控制力矩，f
kf
、f
kr
和f
cf
、f
cr
分别为所述前、后弹簧弹性力和阻尼力，表达式如下：
[0012][0013]
其中，kf、kr为前、后弹性力刚度系数，cf、cr为前、后阻尼力阻尼系数，由试验测得；zw(w＝f,r)为接触处路面垂直位移，zf、zr为前、后轮接触处路面垂直位移，由安装在靠近车轮的车桥上的路面形状激光测量仪测得。
[0014]
优选的，步骤2)的实现过程为，定义滑模面s1：
[0015][0016]
采用自适应控制方法估计车身质量m，取为m的估计值，则车辆虚拟垂向控制力为：
[0017][0018]
其中c1＞0，k1＞0，η1＞f
′
为预设的控制参数；
[0019]
所述车身质量估计值自适应律为：
[0020][0021]
优选的，步骤3)的实现过程为，定义滑膜面s2：
[0022][0023]
车辆虚拟俯仰控制力矩为：
[0024][0025]
其中，c2＞0，k2＞0，η2＞m
′
为预设的控制参数，为i的估计值，自适应律为：
[0026][0027]
优选的，步骤4)中期望主动控制力的表达式为，
[0028][0029]
优选的，步骤5)中采用滑模控制方法跟踪期望主动控制力，定义滑模面s＝f
a-fi，(i＝1,2)，选择滑模趋近律μ＞0为预设控制参数，则滑阀行程输入控制律为：
[0030][0031]
其中，fa为电动液压作动器输出力，fi(i＝1,2)为期望主动控制力，u为滑阀行程输入，参数α＝4β/v
t
，v
t
为液压缸体积，β为液压油的体积弹性模量，a
p
为活塞面积，zc为车辆垂向位移，zw(w＝f,r)为前后轮接触处路面垂直位移，为导数，cd为伺服阀卸荷系数，w为伺服阀宽度，ps为供给压力，ρ为油液密度；
[0032]
优选的，所述电动液压作动器满足：
[0033][0034]
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0035]
本发明基于无悬架结构电动滑板底盘式汽车，通过利用滑阀控制的电动液压作动器向车身直接施加主动控制力来保持汽车的行驶平顺性，提高车辆空间利用率，对整车底盘的简化集成及滑板底盘技术的发展起到积极推动作用。通过设计自适应滑模控制方法计
算期望主动控制力，同时通过实时监测路面状况改善控制算法的实时适应性，相较于传统悬架控制算法鲁棒性更强，更能适合电动滑板底盘结构汽车适配多元化车型的特点。
附图说明
[0036]
图1是本发明一种匹配无悬架电动滑板底盘的车辆平顺性控制方法的流程图；
[0037]
图2是垂直与俯仰二自由度半车模型示意图。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0039]
本发明公开了一种匹配无悬架电动滑板底盘的车辆平顺性控制策略，所述无悬架电动滑板底盘利用滑阀控制的电动液压作动器向车身直接施加主动控制力来保持汽车的行驶平顺性，设置右前、左前、右后、左后共四个电动液压作动器，所述右前和左前主动液压作动器产生相同的主动控制力f1，设置在转向节与车身之间，所述右后和左后主动液压作动器产生相同的主动控制力f2，直接设置在车桥与车身之间。
[0040]
主动控制力利用所设计的平顺性控制策略产生，如图1所述，包括如下步骤：
[0041]
步骤1、建立垂直与俯仰二自由度半车模型，如图2所述，将车轮传给车身的力简化为一个弹簧弹性力和一个阻尼力，二自由度半车模型可表示为：
[0042][0043]
其中，zc为车辆垂向位移，为车辆俯仰角，m为车身质量质量，i为车辆俯仰运动转动惯量，δf为车辆垂向运动未知干扰力且|δf|≤f
′
，δm为俯仰运动未知干扰力矩且|δm|≤m
′
，a、b分别为前、后车轮中心到车身质量中心的距离，fz为车辆垂向运动虚拟控制力，为车辆俯仰运动虚拟控制力矩，f
kf
、f
kr
和f
cf
、f
cr
分别为前、后弹簧弹性力和阻尼力，表达式如下：
[0044][0045]
其中，kf、kr和cf、cr为前、后弹性刚度系数和阻尼系数，可由试验测得，z1、z2为前、后轮接触处路面垂直位移，由安装在靠近车轮的车桥上的路面形状激光测量仪测得；
[0046]
步骤2、计算车辆虚拟垂向控制力；
[0047]
设计自适应滑模控制方法计算车辆虚拟垂向控制力，定义如下滑模面：
[0048][0049]
采用自适应控制方法估计车身质量m，取为m的估计值，车辆虚拟垂向控制力控制律为：
[0050][0051]
其中c1＞0，k1＞0，η1＞f
′
为预设的控制参数；
[0052]
车身质量估计值自适应律为：
[0053][0054]
定义lyapunov函数其中为估计误差，则：
[0055][0056]
即可证明所设计的控制律及自适应律可使闭环系统渐进稳定；
[0057]
步骤3、计算车辆虚拟俯仰控制力矩；
[0058]
采用与所述步骤2相同的控制方法，定义滑模面求得车辆虚拟俯仰控制力矩控制律为：
[0059][0060]
其中，c2＞0，k2＞0，η2＞m
′
为预设的控制参数，为i的估计值，的自适应律为：
[0061][0062]
步骤4、计算电动液压作动器的期望主动控制力，前、后作动器期望主动控制力f1、f2与步骤3所计算的虚拟控制力与力矩的关系如下：
[0063][0064]
因此前、后作动器期望输出力f1、f2表达式为：
[0065][0066]
步骤5、计算所述电动液压作动器的滑阀行程输入，以确保跟踪期望主动控制力；
[0067]
作为本发明的一种优选方案，本实施例采用符合如下动力学模型的电动液压作动器：
[0068][0069]
其中fa为作动器输出力，u为滑阀行程输入，α＝4β/v
t
，v
t
为液压缸体积，β为液压油的体积弹性模量，cd为伺服阀卸荷系数，w为伺服阀宽度，a
p
为活塞面积，ps为供给压力，ρ为油液密度，i＝1,2；
[0070]
作为本发明的一种优选方案，本实施例采用滑模控制方法跟踪期望主动控制力，定义滑模面s＝f
a-fi，选择滑模趋近律μ＞0为预设控制参数，则滑阀行程输入控制律为：
[0071][0072]
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。