專利名稱：汽車分層建模振動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及汽車振動緩沖控制裝置。
技術(shù)背景
在現(xiàn)代車輛懸架振動控制的研究中，只考慮了路面激勵的垂直作用是不全面 的，路面?zhèn)认蚣顚囕v的側(cè)向振動和偏航角振動對于車輛在復雜路況行駛時的 振動影響也應(yīng)進行分析和討論。
傳統(tǒng)汽車建模結(jié)合一些控制策略可以進行振動控制的計算，假若這樣的汽車 模型包括駕駛員人椅系統(tǒng)和發(fā)動機系統(tǒng)，且駕駛員人椅系統(tǒng)和發(fā)動機系統(tǒng)只考慮
其垂直方向的振動，則共有15個自由度，如圖l所示。這15個自由度是4個 非懸掛質(zhì)量處的垂直振動(z向)，4個非懸掛質(zhì)量處的側(cè)向振動(y向)，懸掛 質(zhì)量質(zhì)心處的垂直、側(cè)向、俯仰角、側(cè)傾角、偏航角振動，駕駛員人椅系統(tǒng)垂直 振動，發(fā)動機系統(tǒng)垂直振動。四個輪系依次編號1 4，在表示相互位置時，/,和
/r分別為前輪與質(zhì)心的距離和后輪與質(zhì)心的距離，w; A和^分別為右側(cè)、左側(cè) 與質(zhì)心的距離，W; /3和/4分別為駕駛員人椅系統(tǒng)距^軸和>^軸的距離，m; &、 cg、 wg:發(fā)動機系統(tǒng)的剛度系數(shù)、阻尼系數(shù)和質(zhì)量，iV/w、 iV.Wm、 &。 從圖l中可以看出，根據(jù)其可以建立15個運動方程的數(shù)學表達式，它們分
別是懸架質(zhì)心處垂直振動方程、懸架質(zhì)心處側(cè)向振動方程、懸架質(zhì)心處俯仰角 振動方程、懸架質(zhì)心處側(cè)傾角振動方程、懸架質(zhì)心處偏航角振動方程、1#一4 井非簧載質(zhì)量垂直方向振動方程、1#一4#非簧載質(zhì)量側(cè)向振動方程、駕駛員人 椅系統(tǒng)垂直振動方程和發(fā)動機系統(tǒng)垂直振動方程。根據(jù)這15個運動方程，通常
可采用的狀態(tài)變量如下
Z = [^ 2c九凡 A 《<4 A A 爐c ZU1 Z"2
Z 3 Z 4少W 凡l夂2 凡2 丸3 凡3 丸4 3^4 ^ Zp ^ Zg ^
系統(tǒng)矩陣A 、控制量矩陣B和路面輸入矩陣G可以根據(jù)運動方程中各個狀態(tài)變量的系數(shù)得到，W為干擾輸入矩陣，U為控制量矩陣，則由 Z二AZ + BU + GW可得到系統(tǒng)狀態(tài)空間矩陣;若令C為輸出參數(shù)矩陣，Z為輸 出向量矩陣，D為輸出控制量矩陣，《為白噪聲，則由Y-CZ + DU + g可得到系 統(tǒng)輸出矩陣。
根據(jù)上述空間狀態(tài)矩陣，可以結(jié)合一定控制策略進行控制量的計算，以驅(qū)動 作動器產(chǎn)生相應(yīng)阻抗力抵抗外力的影響，維持汽車行駛時的乘坐舒適性和行駛平 穩(wěn)性，目前所有關(guān)于車輛振動控制的文獻報道均為此方法。在控制量計算過程中， 我們可以看到，以圖1為例，若以上述傳統(tǒng)動力學模型為基礎(chǔ)建立的數(shù)學模型， 其狀態(tài)空間矩陣需要解算30X30的矩陣，如果再結(jié)合一些復雜的控制策略，其
在線計算負荷便顯得繁重。盡管當前計算機硬件水平發(fā)展日新月異，但隨之會帶 來人們對更多自由度的精確模型和更高復合控制策略的追求，在線計算仍耗費一 定時間，進而加大控制時滯性的影響，這對于汽車高速行駛的發(fā)展趨勢產(chǎn)生阻礙， 因此，如何減少在線控制量計算時間，在一定程度上提高對路面信息的采樣頻率， 以更為精確地描述外界激勵并實施控制，進而改善車輛行駛平穩(wěn)性，則需要另辟 蹊徑。為此，可在采用目前成熟控制策略的基礎(chǔ)上，對汽車懸架模型進行解耦以 簡化模型，采用在線并行計算的方法，可以大幅降低控制量在線運算時間，這是 車輛控制領(lǐng)域值得探討和研究的前沿問題。
汽車振動控制方法是根據(jù)不同的控制策略而略有區(qū)別的，但總的看來，建立 在傳統(tǒng)汽車動力學模型上的振動控制過程如下接收車體上各部傳感器得到的路 面信息和車速等信息；處理器根據(jù)汽車模型羅列的狀態(tài)矩陣計算得到1#一4#可 控作動器的控制量；根據(jù)理論控制量驅(qū)動作動器產(chǎn)生相應(yīng)抵抗力。
其硬件配置由一個處理器和若干個分散安置的傳感器組成，軟件是基于傳統(tǒng) 的汽車動力學模型，在線計算控制量時需要解算30X30的矩陣，因此在線計算時 間在很大程度上決定了控制時滯性影響的大小。
其運作控制過程為傳感器信息經(jīng)濾波、A/D轉(zhuǎn)換后輸入CPU處理器，CPU結(jié) 合一定控制策略進行狀態(tài)空間矩陣計算，之-AZ + BU + GW， T = CZ + DU + g，
得到控制量，根據(jù)控制量可得到可控作動器的相應(yīng)動作。若以磁流變阻尼器(以 下簡稱MR阻尼器)為例，由計算得到的控制量可得到其所需要的電壓量，再將電 壓量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)輸出給MR阻尼器，MR阻尼器產(chǎn)生相應(yīng)的電流來改變阻尼器線圈的磁場，磁場改變MR液體粘滯系數(shù)，產(chǎn)生阻尼力，從而產(chǎn)生減振效果。此 外，傳感器測得MR阻尼器實際輸出阻尼力，阻尼器實際輸出與理論值比較，比較 無誤差或誤差很小，則本輪次運算控制結(jié)束，誤差值大，則將數(shù)據(jù)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器 輸給下一輪次輸出的電壓量進行補償。
傳統(tǒng)汽車模型是將汽車整體建模進行減振控制的，近幾年來發(fā)展的分層建模 控制是將一個車體看作是由若干個l/4懸架系統(tǒng)的組合進行考慮的，并且已成功 運用到摩托車減振控制中，但由于摩托車懸架模型相當于汽車的半車模型，因此 只需考慮路面垂直激勵的影響。傳統(tǒng)汽車模型只考慮了路面垂直激勵的影響，其 可用于研究汽車垂直振動、側(cè)傾角振動、俯仰角振動，而對于崎嶇路面對汽車側(cè) 向振動、偏航角振動的影響卻無能為力，因此引入路面?zhèn)认蚣顚ζ囌駝佑绊?的研究，將有助于汽車振動控制領(lǐng)域理論與減振技術(shù)的發(fā)展。此外，對于汽車四 個輪系各自實施不同控制策略的研究也是該領(lǐng)域的熱點問題，但由于一體的懸掛 質(zhì)量無法解耦而不能很好地解決。結(jié)合上述幾方面，在采用分層建模方法建立的 四個l/4可控懸架系統(tǒng)和兩個非可控系統(tǒng)并行存在的模型基礎(chǔ)上，研究路面垂直 和側(cè)向激勵對汽車振動的共同影響，不僅可以掌握汽車垂直、側(cè)向、俯仰角、側(cè) 傾角、偏航角的振動狀態(tài)，而且各個l/4可控懸架系統(tǒng)可以采用相同或不同的控 制策略實施控制，由此可彌補與完善相關(guān)理論，創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，形成自主知識產(chǎn) 權(quán)的汽車振動控制技術(shù)。
綜上所述，對于傳統(tǒng)上建立的只考慮路面垂直激勵影響的15個自由度的汽 車模型，在其振動控制過程中由于在線要處理30X30矩陣的運算，因而計算量 大，對控制時滯性影響強，直接影響減振效果；將已有的摩托車分層振動控制模 式推廣到汽車分層建模振動控制方法中，若只研究了路面垂直激勵的影響是不全 面的，考慮到越野車等車型行駛在崎嶇路面上也存在著路面?zhèn)认蚣?，因此必?同時考慮路面垂直和側(cè)向激勵對汽車振動控制的影響；汽車分層模型的特點是各 個可控1/4懸架系統(tǒng)并行，因此可根據(jù)實際需要各自實施相同或不同的控制策 略。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一種可在線并行進行四個l/4懸 架系統(tǒng)控制量解算，進而控制汽車垂直、側(cè)向、俯仰角、側(cè)傾角和偏航角振動的 汽車分層建模振動控制方法及裝置。本實用新型的方案是包括路面信息傳感器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPU處理 器依次連接，其特征在于8個采集路面不平度信息的傳感器和汽車行駛速度傳
感器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPU處理器輸入端依次連接， CPU處理器內(nèi)包括
用于將汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、車速數(shù)據(jù)和路面數(shù)據(jù)按分層算法運算模式運算 后，分解成1#至4#單元垂直、側(cè)向共八個4X4矩陣懸掛質(zhì)量運動預估值數(shù)據(jù)的矩 陣轉(zhuǎn)換運算裝置；
八個分別用于將矩陣轉(zhuǎn)換運算裝置輸入的ltt至賴單元八個懸掛質(zhì)量運動預 估值單元進行4X4矩陣解算出理論控制量的控制量運算裝置；
四個分別用于控制量運算裝置輸入的1#至賴單元垂直、側(cè)向八個理論控制量 合成為1#至4#單元四個理論控制量，并且繼續(xù)換算成各自需求電壓量，并輸出給 對應(yīng)的ltt至賴單元MR阻尼器的電壓量運算裝置；
CPU輸出端通過D / A轉(zhuǎn)換器分別與ltt至4tt單元MR阻尼器連接。
本實用新型的優(yōu)點在于將傳統(tǒng)汽車電控單元只考慮路面垂直激勵而進行振 動控制所需解算的15個自由度的30X30矩陣，通過考慮路面垂直和側(cè)向激勵的共 同影響而建立的分層控制架構(gòu)，轉(zhuǎn)化為八個二自由度4X4矩陣同時進行汽車前后 輪軸兩側(cè)共計四個可控作動器的控制量運算，并實施振動控制，以縮短在線運算 時間，因而可在一定程度上加快對外界信息的采集頻率，以更為精確地描述外界 激勵并實施控制，提高減振控制效果，進而提高汽車行駛平穩(wěn)性和乘坐舒適性。 此外，由于分層建模振動控制方法是將汽車這樣一個連續(xù)體轉(zhuǎn)化為四個并行可控 1/4懸架系統(tǒng)與兩個不可控系統(tǒng)的組合，因此各個l/4可控懸架系統(tǒng)即可采用相同 也可分別采用不同的控制策略，以求達到汽車整體最佳振動控制效果。


圖1為考慮路面?zhèn)认蚣顣r的汽車動力學模型。
圖2為汽車分層建模振動控制架構(gòu)。
圖3為汽車懸掛質(zhì)量受力分析。
圖4為單自由度的發(fā)動機振動子系統(tǒng)。
圖5為1#輪底路面激勵。
圖6為2#輪底路面激勵。
圖7為3#輪底路面激勵。圖8為4弁輪底路面激勵。 圖9為駕駛員人一椅系統(tǒng)的垂直加速度。 圖10為懸掛質(zhì)量質(zhì)心處的垂直加速度。 圖11為懸掛質(zhì)量質(zhì)心處的側(cè)向加速度。 圖12為懸掛質(zhì)量質(zhì)心處的俯仰角加速度。 圖13為懸掛質(zhì)量質(zhì)心處的側(cè)傾角加速度。 圖14為懸掛質(zhì)量質(zhì)心處的偏航角加速度。 圖15為本實用新型裝置方框圖。
具體實施方式
本實用新型方法其解決思路是對懸掛質(zhì)量進行空間受力分析并列出其平衡 等式，通過前、后輪軸兩側(cè)處即1#至4#單元與懸掛質(zhì)量質(zhì)心處垂直、側(cè)向運動間 的關(guān)系，變換得到只含有1#至4#單元懸掛質(zhì)量的垂直加速度、側(cè)向加速度、俯仰 角加速度、側(cè)傾角加速度、偏航角加速度的表達式，因此從數(shù)學模型上可以將一 個連續(xù)分布的懸掛質(zhì)量視為由四個單元的集中質(zhì)量組成，進一步對互聯(lián)條件的分
析可將傳統(tǒng)的汽車整體懸架視為前、后輪軸兩側(cè)四個l/4可控懸架系統(tǒng)的組合(垂
直、側(cè)向共八個二自由度系統(tǒng))。發(fā)動機系統(tǒng)傳遞給懸掛質(zhì)量激勵，同時相互間 處于平衡運動狀態(tài)，駕駛員人椅系統(tǒng)的運動則取決于懸掛質(zhì)量的振動，它們均作 為無控系統(tǒng)來對待。
本專利所提出的汽車分層建模振動控制方法，是借助分層建模的手段對汽車 模型懸掛質(zhì)量進行解耦并依據(jù)其構(gòu)建中央控制器算法，將圖1所示的汽車動力學
模型視為四個可控1/4懸架系統(tǒng)(每個可控1/4懸架系統(tǒng)由垂直、側(cè)向兩個二自 由度懸架系統(tǒng)組成)和發(fā)動機、駕駛員這兩個無控系統(tǒng)的組合，如圖2所示。這 樣做的目的，中央控制器可以根據(jù)路面及外界信息協(xié)調(diào)并指令四個可控1/4懸架 系統(tǒng)進行控制量的在線并行運算，如此以來，可以減少控制量的計算時間以提高 對路面的采樣頻率，進而在對較為精確的路面信息測量基礎(chǔ)上實施控制，從而提 高汽車的駕駛品質(zhì)。
構(gòu)筑分層建模振動控制模式就需要對汽車懸架進行解耦進而形成一套算法。 首先對汽車懸架的懸掛質(zhì)量進行受力分析，其受力如圖3所示，將各輪系處的彈 簧力、阻尼力和半主動控制力簡化為集中力，駕駛員人一椅系統(tǒng)和發(fā)動機系統(tǒng)的 彈簧力和阻尼力亦簡化為集中力，可以得到附A =^ +JP2z +F4z —& (1) 附^=&+W~ (2)
=+F4z)/r—(Flz+iy4(3) 4《 4z)/2+iy3 (4)
上面各式中，= ^ cos^ ， 巧y = sin a ; F2z = F2 cosy2 ， F2j; = F2 siny2;
F3z =尸3 八，二^sin^ ; F4z=F4cosy4' = F4 siny4; K、 h、 A和h分別是各輪底路面激勵的側(cè)傾角，K=tan-'(凡/;)， r"rf。
式(1) (5)中，^可由發(fā)動機處安裝的加速度傳感器加權(quán)后得到，因此 巧、F2、 F3、尸4和^可以求得如下
^=v附a+/y^j>c+43"^+v^》:+^5"^(6)
f2 = 4義mA+^;kj^+4義/^ + ^義/j + ^a/a + /^6/1《 (7)
F3 = 4J附d + ^32義附Jc + 43義4《+ "^4義7Jc + A^A/^c + Z^AjF; (8)
F4 = /141;1附^ + Aa/l附Jc +義43/l/y4 + At4義^A +義45義^A + 4^^; (9)
& = ;151;1附 + ^2義附j(luò)c + 43義/聲:+4^/》:+ 義A化+46義& (1 o) 上述式中A和&均為系數(shù)，具體見附錄，可將(e) — (io)整合為= Z人;is,的形
式，其中S,H4,^,A,f;，下標A-l，2,3,4,p， , = 1~5， y = l~6。
在圖3所示的垂直方向(z方向)，存在如下關(guān)系
h/,《+Wc (11)
zc2=zdc (12)
&=zc+W+/^ (13)
zc4=WC (14)
、=W-4 (15)
zC+/>c-乙 (16)
將式(11)代入式(1)，得
附A, +附力《-= Flz + F2z + & + F4z - ^ - & (17)
將式(17) x/,—式(3)，得
8<formula>formula see original document page 9</formula>
解耦后，由于各個l/4懸架系統(tǒng)的懸掛質(zhì)量沒有了相鄰質(zhì)量的限制，因而其
位置會有相應(yīng)的變化，若令A&、A&、",3和^。4是編號為1~4的各個1/4可控
懸架系統(tǒng)在解除相鄰約束過程中在垂直方向(z方向)上位移的變化量，Zl、 A、A和^是解除相鄰約束后在垂直方向(z方向)上的位移變量，對于輪系1而言， 存在著
附cig =Fk—附ci厶li (26)
AZdzci (27) 上兩式結(jié)合式(11)整理后得
《=，《-"41^ (28)
2/wcl 2 2 2 同理，可得到
附c2》'2 =^L—Wc2A^2 (29)
AZC2=Z2_Zd (30)
wc34 ="^2+附^厶^3 (31)
厶zd23 (32)
附"4 = ^42+附"厶^4 (33)
厶uz"-24 (34)
式(27)、 (30)、 (32)、 (34)可整合為^ 1)、^的表達形式，按照
(A: = l~4; * = 1,2日寸附=0; yfc = 3,4時》 = 1 ) ， = +(—1)*—1Aj>dt (A = l —4) 結(jié)合式(12) ~ (14)，可得到
A=f^2+ : (35)
2/wc2 2 2 2
"c3 T"^^+^《(36) 2附d 222
《一^如^-^: (37)
2mc4 2 2 2 式(28)， (35) — (37)可整合為A^-Z《S,的形式，其中82=巧,1,《4， 下標A,"1-4 。
在圖3所示的側(cè)向方向(y方向)，存在如下關(guān)系
yd+W+W (38)
凡2"c+^-W (39)
(40)(41)
同理，可以將式(38) (41)分別代入式(2)，然后用式(3) (5)整理后得到 如下各式-
附乂/2 cot y2j)cl + (/z —) /2 cot 附乂//2 cot ;r2 ]A =
(/, 啤，+/2 cotg +/r)/2啤4& +(/, +/r)/3&
(42)
附c" cot/,j^ —附c/,t)/, cot"* -[4 (/, +/r)—附乂/2/, cot"]灸=
(/, cot門+/2 artg +(/, H)/2啤,4> -(/, +/r)/3Fp
附力/2 cot^3 -(/z -附從)/2cot,4& +[/,(/, +/r)-mc/,/1/2 coty4]& =
(/, cot^ -(〃 +/r)/2 +(/,啤3 +/2 cot^K +(/, +/r)/3i=;
附力/！ cot &兌4 一 (/z —氣// ) A cot ^化—[4 (々+ /r)—氣/cot & ] & =
—(/, H)/, c。trA +(/, +/r)/2 c。ty2/^ +(/, H)(,, c。tr3 +/2 c。ty4)& —(/, +/r)/3Fp
式(42) ~式(45)相加后整理得
附乂/2 cot/2_Pcl +"^/' cot,i丸2 +化//2 coty4j>。 coty3j>c4 +(/2 -cot /3 + /2 cot & - /2 cot y4)化
+ ^/乂/2 (COt^ -CO" +啤3 -COty4)A = (/, +/r)(/, CO" +/2啤2)&
+(/, + /,)(/, cot & + /2 cot y2 /r)(/, cot/3 + /2 cot & )
(43)
(44)
(45)
(46)
車輛在行駛過程中，四個車輪底部的路面激勵與垂直方向的夾角K、 h、 h
和^之間的差距很小，可以用一個均值^表示，即^^^+^+^+ 0/4，因而式 (46)可以轉(zhuǎn)化為
附dh +附C2丸2 + Wc3》c3 + ^4^4 = & +尸2> + +尸" (47)
寸出 " " w
式中，、+0(,i+,2,， ，/H)(/i+,,， 、/H)(/l+/2^ ，
同理，//X (42) +/,x (43) —/,x (44) —/, (45)，得 AVc = //《《"《 (48)
式中'/: = /z -，《=~ _附丄,，《=~ -附Jc2 ，《=-附c3J^ ，《=_氣4 JU
從式(23)、 (24)、 (25)、 (47)和(48)可以看出，其與式(1)、 (3)、 (4)、 (2)和(5)具有相同的表達形式，但此時懸掛質(zhì)量化已被四個可控輪系各自獨立的懸掛質(zhì)量 、附"、氣3和^4所代替，如此以來，整個汽車懸架便被轉(zhuǎn)化 為四個完整且獨立的l/4懸架系統(tǒng)，整個汽車懸架模型被解耦。
與-方向相同，在y方向，解耦后由于各個1/4懸架系統(tǒng)的懸掛質(zhì)量沒有了 相鄰質(zhì)量的限制，因而其位置會有相應(yīng)的變化，若令a&、 "。2、 a^和al是編 號為1~4的各個1/4可控懸架系統(tǒng)在解除相鄰約束過程中側(cè)向方向(y方向)上
位移的變化量，X、 A、 A和A是解除相鄰約束后在側(cè)向方向(y方向)上的位 移變量，對于輪系1而言，存在著
<formula>formula see original document page 12</formula>
上兩式結(jié)合式(38)整理后得
<formula>formula see original document page 12</formula>
同理，可得到
<formula>formula see original document page 12</formula>
式(51) — (54)可整合為^^=1&83的形式，其中S,K，A,^4，下標 *J = 1-4。
以上解決了汽車懸架懸掛質(zhì)量解耦前后的關(guān)系，對于非懸掛質(zhì)量，在懸架解 耦前后的位置也要相應(yīng)發(fā)生變化，令a,、 az 2、 " 3和^ 4是編號為1~4的底層 各個1/4可控懸架解耦過程中非懸掛質(zhì)量在垂直方向(z方向)上位移的變化量， z:,、《2、《3和《4是懸架解耦后非懸掛質(zhì)量在垂直方向(z方向)上的位移變量； 令a&、 " 2、 a^和a^是編號為1 4的底層各個l/4可控懸架解耦過程中非 懸掛質(zhì)量在側(cè)向方向(y方向)上位移的變化量，《、乂2、力和；是懸架解耦 后非懸掛質(zhì)量在側(cè)向方向(Y方向)上的位移變量；對于輪系l，有 AZHl《-^ (55)厶&":廣;^ (56)
解耦前、后的非懸掛質(zhì)量的動平衡方程為
附"^ =_ ^)+ _ ^)_ 、 (z" — &)_ "zl (57)
附",:！=(zi - z:i)+Si -《i) -1 (z:i - 、) -"" (58)
式(58) —式(57)，然后將式(55)代入，得
wul + c,,厶ic, — (、 + 、)厶z," = c7- L (59)
在側(cè)向方向按照與垂直方向相同，仍然有 附wh = 、i (凡i —凡i)+c,i (丸i —丸i)—、(凡,—兀i)—(60)
附w冗=、i (M—)+Si (a—少:,)—、(《—&) - "w (6i)
將式(61) — (60)相減，然后將式(56)代入，得
附"厶Ai + S厶少w + (&i + *ml )厶凡i = L + 、 (62)
對于式(59)和(62)而言，只要摘定了a^、 "^，便可求出a,、 同理，對于輪系2 輪系4，可得到
氣2厶^2 + C,2厶L — (、2 + *< 2 )厶；2 = C,2厶之2 — 、2厶乙2 (63)
附 2厶+ & A夕"2 + (、2 + L )厶凡2 = 、2厶凡2 + C,2 AA2 (64)
附》3厶l3 + & + (* 3 + * 3 )AZ 3 ="c3 + C。3 Aic3 (65)
附》3厶》"+ CW A^3 + (1 +)厶凡3 = 厶凡3 + S3厶A.3 (66)
附"4厶^4 + C,4 + (*m4 + 、4 )厶Z" = 、4厶2" + V厶^4 (67)
附',4厶義4 +^4厶九4 +(、4十D厶X,4 = 、4厶y"十C"4厶少" (68)
至此，汽車整車傳統(tǒng)動力學模型得到了的解耦，整車模型可以被看為是六個
并行的底層子系統(tǒng)的集合，其中四個所需控制的1/4懸架系統(tǒng)在振動控制過程中
需要連續(xù)進行控制力的求解，而發(fā)動機和駕駛員兩個子系統(tǒng)是無控的，其中發(fā)動 機對車體作用的激勵可尋找到其規(guī)律，其對懸掛質(zhì)量的作用力可以預先通過測量
求得，因此對于全車模型解耦后所建立的分層控制求解過程而言，關(guān)鍵的是要解
決四個1/4懸架系統(tǒng)的控制過程。
由圖2可看出，傳統(tǒng)汽車模型越精確則自由度越多，在線計算時間也越長， 對于本文圖1所示的傳統(tǒng)汽車15個自由度模型，通過分層建模后可分為四個并行的可控l/4懸架系統(tǒng)，因而可通過并行計算降低在線計算時間，提高系統(tǒng)反應(yīng) 靈敏性，繼而在此基礎(chǔ)上可以加快對路面信息的采樣頻率，通過對外界激勵的詳 細測量而得到更為準確的控制量，從而提高汽車的行駛平穩(wěn)性和乘坐舒適性。此 外，每個可控l/4懸架系統(tǒng)可根據(jù)實際需求采用相互不同的控制策略，以實現(xiàn)汽 車整體良好的減振性能。所需要注意的是，每個底層控制均分為垂直方向(z向) 和側(cè)向方向(y向)兩部分，由于一些車輛考慮到在不平路面上行駛所帶來的路 面激勵側(cè)向分量的影響，通常將一根輪軸上兩側(cè)車輪邊安裝的可控阻尼器和彈簧 呈"八"字型安裝，對此可根據(jù)其安裝角度由垂直和側(cè)向這兩個控制量進行合成 后得到該可控阻尼器應(yīng)輸出的控制量。
分層建模振動控制的控制量解算過程如下
1) 確定發(fā)動機子系統(tǒng)對懸掛質(zhì)量的作用力&。根據(jù)發(fā)動機子系統(tǒng)與懸掛質(zhì)
量間用彈簧和阻尼減振的特點，可以簡化該子系統(tǒng)并建立為單自由度的質(zhì)量一彈 簧一阻尼系統(tǒng)，如圖4所示，該系統(tǒng)的數(shù)學模型為
附A"A-0+仏-0 = 0 卿 附^ (70) 式(69)中發(fā)動機子系統(tǒng)的振動激勵^和^可以通過加速度傳感器測量并加 權(quán)后得到，因此可得到懸掛質(zhì)量上與發(fā)動機聯(lián)結(jié)處的振動加速度^，繼而得到 發(fā)動機子系統(tǒng)對懸掛質(zhì)量的作用力& 。
2) 根據(jù)路面激勵垂直和側(cè)向分量的大小，確定懸架質(zhì)心處的垂直加速度l 、 側(cè)向加速度丸、俯仰角加速度《、側(cè)傾角加速度A和偏航角加速度化的預估值。 為確保4、丸、《、A和A的預估值不超過它們各自限定值的概率在99.7%以上， 可令
Zc^^A義《^A《S5A^S^A^ 3"5 ()
式(71)可整合為、=%0的表達形式，其中S^g A《&化了，
0 = [CTl C72 (73 C74 A]7,限定值ff,、 (72、 o"3、 和^可以根據(jù)路面激勵分別表 述如下<formula>formula see original document page 15</formula>上面各式中的t為采樣時間。
3) 由i:、 A、《、A和^的預估值并借助于式(6) (10)得到巧、f2、 F3、《、 5的預估值，然后由式(28) 、 (35) ~ (37) 、 (51) ~ (54)得到^:, 、 ^j^ 、 ^2 、 ^。2 、
厶L、厶義3、厶2"、厶義4 的預估值。
4) 根據(jù)步驟3)的結(jié)果，得到解耦后所形成的四個1/4懸架系統(tǒng)懸掛質(zhì)量的 力口速度預估值A(chǔ)、 j\、 ^、 A、 ^、 A、 S4、 j>4。
5) 按照二自由度懸架系統(tǒng)懸掛質(zhì)量運動預估值已定情況下羅列的狀態(tài)方程 并結(jié)合一定的控制律，可以得到1弁一4#單元各個垂直、側(cè)向兩個二自由度控制 系統(tǒng)的控制量U,、 Uy，再按照<formula>formula see original document page 15</formula>(5為作動器與垂直方向夾
角)合成后分別得到1#至4#輪系單元可控作動器的理論控制量；
進而各自合成得到各個1/4懸架系統(tǒng)所需的控制力，同時得到各個1/4懸架 系統(tǒng)懸掛質(zhì)量加速度、非懸掛質(zhì)量加速度的實際值。
6) 此步驟用于模擬計算與實驗的監(jiān)測用與步驟4)相反的過程，可以得到 解耦前懸掛質(zhì)量各個端點處的運動狀態(tài)，和各個非懸掛質(zhì)量的實際運動狀態(tài)，并 進而得到懸掛質(zhì)量質(zhì)心處的實際運動狀態(tài)。這樣，整個懸架控制后的運動狀態(tài)便 可以確定。
7) 考慮到實際作動器(在本例中為MR阻尼器)動作響應(yīng)的誤差，將本輪理 論計算控制量與實際控制量之間的誤差在下一輪中進行補償。
從上述運算過程可以看到，其實也是一種參考模型自適應(yīng)控制過程。由步驟 2)建立的懸架質(zhì)心處的理想振動模式，指導步驟3)、 4)和5)向其逼近，然后 由步驟5)中的實際控制量值反映到步驟6)中懸架實際控制后的效果。為驗證全車懸架分層建?？刂评碚?，選取表1所示參數(shù)進行全車懸架的半主 動和被動兩種控制情況下的半實物仿真模擬實驗，半主動與被動懸架參數(shù)均相 同，所不同的只是半主動懸架比被動懸架增加了由MR阻尼器所提供的半主動控制力。
表1全車懸架各部參數(shù)
名稱數(shù)值單位名稱數(shù)值單位
人一椅系統(tǒng)質(zhì)量/^80紐1#懸架阻尼系數(shù) 1290
人一椅系統(tǒng)阻尼Cp2502"懸架阻尼系數(shù)c^1290
人一椅系統(tǒng)剛度、1800w/附3#懸架阻尼系數(shù)&1620
發(fā)動機系統(tǒng)質(zhì)量/^50紐4#懸架阻尼系數(shù)^41620
發(fā)動機系統(tǒng)阻尼cg760r懸架剛度、，199607V/;w
發(fā)動機系統(tǒng)剛度^200002#懸架剛度* 219960
懸掛質(zhì)量/ ￡730紐3#懸架剛度&3175007V7w
俯仰轉(zhuǎn)動慣量/y12304#懸架剛度* 417500
側(cè)傾轉(zhuǎn)動慣量412301#輪胎剛度&175500
偏航轉(zhuǎn)動慣量/26152#輪胎剛度、2175500
r非懸掛質(zhì)量加w40&3#輪胎剛度、3175500iV/m
2#非懸掛質(zhì)量氣2404#輪胎剛度* 4175500W/w
3#非懸掛質(zhì)量附 335.5*g發(fā)動機與質(zhì)心距離1.0
4#非懸掛質(zhì)量/ 435.50.76
々1.1附/20.76附
l爭8附人椅系統(tǒng)/30.55附
車速v80Aw/人椅系統(tǒng)/40.35附
半實物模擬仿真實驗之前，設(shè)定如下一些條件
1 )由于全車懸架振動控制考慮了路面激勵在垂直和側(cè)向兩個方向的作用， 因此非懸掛質(zhì)量運動狀態(tài)的作用方向是垂直與側(cè)向的合成，各個輪系處的懸^動 位移和輪胎動變形亦是垂直與側(cè)向的合成。
2)由于有側(cè)向分量的影響，前軸一對和后軸一對半主動磁流變阻尼器及彈
簧成"八"字形安裝，其與地面水平夾角均為75度布置，因此可以將其阻尼系
數(shù)和剛度在垂直和側(cè)向的分量(分別是與垂直和水平夾角的余弦值)分別用于兩 個不同方向運動狀態(tài)的計算，最后得到的兩個方向的半主動控制力向阻尼器安裝 方向合成后得到阻尼器總的半主動控制力。3) 磁流變阻尼器活塞的運動空間士0.05附，以此作為懸架動位移的限定值。
4) 輪胎的動變形限定在±0.02 以內(nèi)。
5) 磁流變阻尼器的輸出控制力在400w 2000 AT之間變化。
6) 控制策略的選擇。由于底層四個可控1/4懸架系統(tǒng)是并行存在的，因此 可以根據(jù)實際需求相互采用不同的控制策略。為降低實驗復雜性，結(jié)合已有的實 驗設(shè)備，對前軸兩個底層子系統(tǒng)單元均采用線性二次高斯型(ZgG)最優(yōu)控制，
后軸兩個子系統(tǒng)單元采用了軸距預測加i2G的控制思想，即前輪與后輪均在同一 條輪轍但相差時間A。
7) 考慮到路面激勵的垂直分量和側(cè)向分量的影響，垂直激勵采用C級路面 激勵，側(cè)向激勵采用A級路面激勵，見圖5~圖8。
8) 發(fā)動機模擬為幅值為0.02w、頻率為200他的正弦周期振動，其位移如 下式
^ =0.02sin(200; ) (77) 實驗結(jié)果截取如下一些內(nèi)容，如圖9 圖14和表2所示。
表2分層建?？刂婆c被動控制的對比
垂直振動側(cè)向振動加俯仰角振動側(cè)傾角振動偏航角振動
加速度 速度 加速度 加速度 加速度
最大值降幅70.4% 43.7%56.3% 59.5% 32.4%
平均值降幅76.3% 48.8%64.4% 61.4% 48.4%
總加速度均
0.372 0.5620.298 0.380 0.382
方值比值
此外，對分層建模振動控制和傳統(tǒng)建模振動控制的在線計算時間進行了模擬 計算比較，選取了200個路面激勵數(shù)據(jù)點的計算過程進行對比?；诜謱咏Ｕ?動控制的汽車懸架完成200個采樣點計算所需時間，比相同結(jié)構(gòu)參數(shù)傳統(tǒng)建模振 動控制的全車懸架的計算時間降低了70. 6%，顯示出基于分層建模振動控制的汽 車懸架的控制響應(yīng)速度得到大幅度的提高。基于此，可以在一定程度上加快對路 面激勵的采樣頻率，更為準確地描述路面信息，從而施加更為準確的控制力以改善系統(tǒng)響應(yīng)，提高汽車行駛平穩(wěn)性和乘坐舒適性。從這點上看，所提出的汽車分 層建模振動控制方法具有先進性，并且對主動控制或半主動控制這類可控懸架均 適用，此外，四個底層l/4懸架的控制策略各自可以相同也可以不同或采用一些 組合控制策略，這樣的特點，對于像越野車輛、軍用全地形車輛這樣行駛在苛刻 路面的車輛，采用分層建模振動控制后，其在高速行駛時的控制效果必將比現(xiàn)有 水平得到進一步的改善。
由于分層懸架可將一個實際上的整體懸架可視為前、后橋兩側(cè)1#至賴單元四 個相對獨立的l/4懸架系統(tǒng)，因此可以根據(jù)實際情況分別采用不同的控制策略，
這對于提高汽車行駛平穩(wěn)性和乘坐舒適性也是有幫助的。
以上述理論計算方案為基礎(chǔ)的分層控制方法為
包括垂直、側(cè)向的8個路面不平度傳感器、汽車行駛速度傳感器的信息數(shù)據(jù) 經(jīng)濾波、A/D轉(zhuǎn)換后，將數(shù)據(jù)傳送給CPU處理器；4個作動器工作量傳感器的信 息數(shù)據(jù)經(jīng)濾波、A/D轉(zhuǎn)換后在局部循環(huán)中進行比對運算并進行補償。以下運行步
驟為
①CPU按照輸入的路面信息結(jié)合分層模型建立的算法:利用S。 = %0運算得
到懸架懸掛質(zhì)量質(zhì)心處的l、 a、戔、A、 a的預估值，利用/^Sv^運算得
到1#-賴輪系和人椅系統(tǒng)對懸掛質(zhì)量約束力的預估值巧、F2、 F3、 F4、 Fp ，利用 厶^ = I^,S2 、 = S^S3運算得到ltt-賴懸掛質(zhì)量在懸架解耦前后垂直和側(cè)向
加速度變化量預估值A(chǔ)^、^2、A^、^4和AJ^、A丸2、厶丸3、AJ^ ，利用^ = & 、
^=3^+(-1廣、^運算得到解耦后的1#-4#懸掛質(zhì)量垂直和側(cè)向加速度預估值 f,、 S2、 ^、 ^和A、 A、 A、凡，再分別傳輸給ltt至4ft單元垂直、側(cè)向八個矩陣解算
控制量運算模塊；
上述各符號說明如下
4、 A、《、A、 A:汽車車體質(zhì)心處的垂直加速度、側(cè)向加速度、俯仰角 加速度、側(cè)傾角加速度和偏航角加速度。
s。=[4 A 々:灸 A] ， cr2 A <74 as]7 ， cr, 、 cr2、 cr3 、 0"4和ct5是
根據(jù)路面激勵為4、義、《、《、A分別設(shè)定的限定值。A:下標yt-l,2,3，4，p， 4tt輪系和人椅系統(tǒng)分別對懸掛質(zhì)量的約束力。
5, "H《,A,A，F(xiàn)^ ， ^,/l分別為系數(shù)，具體見附錄，下標"1~5， _/ = 1~6。 a&、 ltt-4tt懸掛質(zhì)量在懸架解耦前后垂直和側(cè)向加速度的變化量，下
標/t =卜4 o
S2={A，feA,^，《為系數(shù)，具體見式(28)、 (35)、 (36)和(37)，下標
A，/ = l~4。ltt-4tt懸掛質(zhì)量在懸架解耦前后側(cè)向加速度變化量，下標*=1-4。
S^^，化，化,W，、為系數(shù)，具體見式(51)、 (52)、 (53)和(54)，下標
6、 解耦前和解耦后的1#-4#懸掛質(zhì)量垂直加速度，)fc = l~4; * = 1,2時 附=0; * = 3，4時附=1。^、 A:解耦前和解耦后的1#-賴懸掛質(zhì)量側(cè)向加速度，* = i~4。
② l!l至賴單元垂直、側(cè)向八個矩陣解算控制量的運算模塊分別就對應(yīng)數(shù)據(jù) 按二自由度空間矩陣之-AZ + BU + GW、 T-CZ + DU +《(A為系統(tǒng)矩陣、B 為控制量矩陣、C為輸出參數(shù)矩陣、D為輸出控制量矩陣、G為路面輸入矩陣， U為控制量矩陣、W為干擾輸入矩陣、Z為輸出向量矩陣、g為白噪聲)并行 進行八個4X4矩陣運算，所得到的每一個單元垂直、側(cè)向控制量U。 Uy按照 U-UyW'"》+ UzOW》(《9為作動器與垂直方向夾角)合成后分別得到lH至4tt輪系
單元可控作動器的理論控制量；
③ ltt至4tt單元控制量按照作動器類型進行動作量的轉(zhuǎn)換對于MR阻尼器而 言，設(shè)置轉(zhuǎn)換電壓量運算模塊分別將對應(yīng)輸入的阻尼力理論計算控制量按設(shè)定模 式換算成電壓量；若是電流變阻尼器，設(shè)置轉(zhuǎn)換電流量運算模塊分別將對應(yīng)輸入 的阻尼力理論計算控制量按設(shè)定模式換算成為電流量；若為空氣懸架或液壓控制 的主動懸架，則相應(yīng)地轉(zhuǎn)換為氣路或油路閥門開關(guān)狀態(tài)。之后分別將數(shù)據(jù)輸出CPU 經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換傳輸給ltt至賴單元各個作動器；
各個作動器按接收到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生相應(yīng)的動作。對于MR阻尼器，輸入電壓 量轉(zhuǎn)變?yōu)榇艤€圈的電流量以調(diào)整磁場，改變MR液體粘滯系數(shù)，粘滯系數(shù)的改變 調(diào)整了阻尼力實現(xiàn)減振目的。對于其它類型可控作動器，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)亦會
19產(chǎn)生機構(gòu)動作，以產(chǎn)生抵抗力以實現(xiàn)系統(tǒng)減振的目的。
由于CPU處理器輸出電壓量數(shù)據(jù)給MR阻尼器控制阻尼力，且MR阻尼器非線 性的影響，MR阻尼器實際輸出的阻尼力與理論電壓量相應(yīng)的阻尼力之間存在誤 差，因此需要設(shè)置一個控制量補償器。其運作步驟為
① 增設(shè)的前、后輪軸兩側(cè)ltt至賴單元MR阻尼器實際輸出檢測傳感器分別將 得到的實際控制量數(shù)據(jù)信息通過濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器傳輸給CPU處理器內(nèi)對應(yīng)增 設(shè)的前、后輪軸兩側(cè)ltt至賴單元控制量比較運算裝置；
② CPU處理器內(nèi)在控制量運算裝置與電壓量運算裝置之間插接入一個控制 量補償疊加運算裝置；
③ 每單元比較運算裝置將當輪次實際控制量與補償疊加運算裝置輸入的 當輪次理論控制量進行補償運算出補償值；
每單元補償疊加運算裝置將輸入的當輪次控制量補償值與控制量運算
裝置輸入的下一輪次理論計算控制量進行補償疊加運算，并將運算出的理論控制
量數(shù)據(jù)作為下一輪次理論控制量傳輸給電壓量運算裝置，同時也傳輸給比較運算 裝置作為下一輪次運算的當輪次理論控制量備用。
實現(xiàn)該方法的裝置方案是包括8個采集路面不平度信息的傳感器、4個采集
作動器實際動作信息的傳感器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPU處理器輸入端依次連接。
CPU處理器內(nèi)包括(以MR阻尼器作為可控作動器為例)(L):
用于將汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和路面數(shù)據(jù)按分層解耦算法運算模式運算后，分解 成ltt至4tt單元垂直、側(cè)向共八個4X 4矩陣懸掛質(zhì)量運動預估值數(shù)據(jù)的矩陣轉(zhuǎn)換運
算裝置；(Ll)
八個分別用于將矩陣轉(zhuǎn)換運算裝置輸入的1#至4#輪系八個懸掛質(zhì)量運動預 估值單元進行4X4矩陣解算出理論控制量的控制量運算裝置；(L2)
四個分別用于控制量運算裝置輸入的ltt至賴單元垂直、側(cè)向八個理論控制量 合成為1#至4#單元四個理論控制量，并且繼續(xù)換算成各自需求電壓量，并輸出給 對應(yīng)的ltt至賴單元MR阻尼器的電壓量運算裝置；(L3)
CPU輸出端通過D / A轉(zhuǎn)換器分別與ltf至4tt單元MR阻尼器連接。
在上述裝置內(nèi)增設(shè)補償器的結(jié)構(gòu)是
分別增設(shè)前、后輪軸兩側(cè)ltt至賴單元實際控制量傳感器，這四個傳感器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPU處理器對應(yīng)依次連接， CPU處理器還包括
四個分別用于前、后輪軸兩側(cè)ltt至4tt單元接入數(shù)據(jù)進行補償值運算的比較運 算裝置；(K)
四個該裝置分別對應(yīng)包含-
用于接入當輪次實際控制量數(shù)據(jù)的輸入裝置；(Kl) 用于從補償疊加運算裝置接入當輪次理論控制量數(shù)據(jù)的輸入裝置；(K2) 用于將當輪次實際、理論控制量進行補償運算出補償值的運算裝置；(K3) 用于給補償疊加運算裝置傳送補償值的輸出裝置；(K4) 四個分別用于前、后輪軸兩側(cè)1#至賴單元接入數(shù)據(jù)進行理論控制量運算的補 償疊加運算裝置；(P)
四個該裝置分別對應(yīng)包含
用于接入4 X 4矩陣輸出的下一輪次理論計算控制量數(shù)據(jù)的輸入裝置；(Pl) 用于接入比較運算裝置輸出當輪次補償值數(shù)據(jù)的輸入裝置；(P2) 用于將下一輪次理論計算控制量與當輪次補償值進行補償疊加運算成下一
輪次理論控制量的運算裝置；(P3)
用于將下一輪次理論控制量數(shù)據(jù)傳輸給電壓量運算裝置的輸出裝置；(P4) 用于將下一輪次理論控制量數(shù)據(jù)傳輸給比較運算裝置作為下一輪次運算時
的當輪次理論控制量的輸出裝置。(P5)
(補償運算是加入兩個模塊K與P， Kl、 K2、 K3、 K4都包括在K模塊中，表示
該模塊二接入一接出一運算的動作，Pl、 P2、 P3、 P4、 P5是P模塊的二接入二接
出一運算的動作)
文中符號說明
/^，/^，附^汽車懸掛質(zhì)量、駕駛員人椅系統(tǒng)質(zhì)量、發(fā)動機質(zhì)量。 mel，me2,We3,me4:汽車懸架解耦后1#一4#輪系單元各自獨立的懸掛質(zhì)量。 ^i，氣2,氣3，^4 : 1 # 一4#輪系單元的非懸掛質(zhì)量。
Zg，、，cg:發(fā)動機系統(tǒng)的垂直位移和其與懸掛質(zhì)量連接的剛度系數(shù)、阻尼系數(shù)。 zp，、,Cp:駕駛員人椅系統(tǒng)的垂直位移和其與懸掛質(zhì)量連接的剛度系數(shù)、阻尼系
21數(shù)。
A,/"/一汽車車體分別對x、少、Z軸的轉(zhuǎn)動慣量；
2d《,A,^:汽車懸掛質(zhì)量質(zhì)心處的垂直位移、側(cè)向位移、俯仰角位移、側(cè)傾
角位移和偏航角位移變量。
m4，C^4,i^ 4: 1弁一4#輪系單元的非懸掛質(zhì)量與懸掛質(zhì)量連接間的剛度系
數(shù)、阻尼系數(shù)以及可控制力。
Z^"，、,、 1#一4#輪系側(cè)懸掛質(zhì)量的垂直位移變量，駕駛員處垂直位移變 量，發(fā)動機處垂直位移變量。
少d爿1#_4#輪系側(cè)懸掛質(zhì)量的側(cè)向位移變量。 Zu"4: 1#—4#輪系單元非懸掛質(zhì)量的垂直位移變量。 凡"4 : 1 # 一4#輪系單元非懸掛質(zhì)量的側(cè)向位移變 。 &"4: 1#一4#輪系單元非懸掛質(zhì)量的剛度系數(shù)。 ^^，hb^ 1#—4#車輪處的垂直、側(cè)向路面位移變量。
前軸、后軸距懸掛質(zhì)量質(zhì)心處的水平距離。 /1;/2:右側(cè)、左側(cè)與質(zhì)心的距離。 /3，/4:駕駛員人椅系統(tǒng)距X軸和y軸的距離。 /g:發(fā)動機系統(tǒng)距懸掛質(zhì)量質(zhì)心處的距離。
& :人椅系統(tǒng)對懸掛質(zhì)量約束力； 巧_4 l共-4tt輪系對懸掛質(zhì)量約束力；
附錄
hsin(^)sin(y3)cos(y2)cos(y4)/(/3-/2) + sin(nX)cos(^)cos(y3)(/2(/,+ (/4-/,)-//3)
+ sin) sin) cos(k ) cos(y4) (/2 (/, - /4) - (/r + /4) - 〃3) + sin (y2) sin (y4) cos(y,) cos (y3) / (/, + /3) ^ = [sin (;^ ) cos (/4) (/r/3 + /2/4) + sin (y4) cos (y3) (/,/4 - /r/3)] sin (y2)
A2 =sin(^)cos(;K2)cos(y4)/r(/2 -/3) + sin(y4)cos(;K2)cos(h)+[〃3 —/2(/r + —/4)]
—sin(;K2)cos(h)cos(;r4),(A +/4)
^ =sin(y2)sin(y3)cos(y4)(/2 -/3)+sin(y2)sin(y4)cos+/3) 牟4 = [sin (y3) cos (;r4) - sin (;r4) cos (y3)] sin (,2 )(/r + /4)As = sin (;k2 )cos (y3) cos(h)(/l+/2),(/r+/4)+ sin (,3) cos) cos (y4) (/2 — /3)
+ sin (y4) cos (/2) cos (/3)
4
43 ^4
=sin(^)sin(y3)cos(,4)(/r/3 +/3/《+/2/4 — yJ + sin^Jsin^Jcos^O"" —〃3 _/3/g =[sin(;r, )sin(y3 )cos仏)(/2/4 +/r/3) + sin(;^)sin(^ )cos(^ )(" -/乂 )]+sin(^)cos(^)cos(;^)+(/2(/,—/4)-//3-/,(/,+/4)) + sin(y4)cos(^)cos(,3)/r(/1+/3)
-sin(^)cos(y3)cos(^)了(/, +/2)(/r +/4)
=[sin) cos (74) (/2 — /3) + sin (n ) cos (^ ) (/, + /3)] sin (門) =[sin () cos (^) - sin (& ) c。s)] sin) (/r + /4) (/1+/2)(/r+/4)
& =sin(^)cos(y3)cos(y4)-
-+sin(;K4)cos(x)cos(&)(/1 +/3)
+ sin(y3)cos(^)cos(y4)
—'3
4
43
4
義41 義42
=sin(^)sin(^)cos(h)(/2/4 +/3/g +/r/3 -yJ + si+X^)—;^/," -/3/g -/3W,/g) =sin) sin (y4) cos (y2 )(/2/4 — /,/3) + sin) sin (y4) cos) (//3 + /,/4)
=sin) cos (y2) cos (y4) /, (/3 - /2) + sin (^H^)cos(《(4(/, -/4)-"/, +/4)-//3)
+ sin (/4) cos ) cos (y2) ^~^~^ =sin)sin)cos(y2)(/2 -/3)+sin(y2)sin(y4)cos)(夂+ /3) =[sin (y2) cos) - sin) cos (y2)] sin (y4)(/, - /4)
/3 H ^
=sin(;K1)cos(y2)cos(^()(/2-/3)+sin(y2)cos(y1)cos(y4)
+ 31，)咖(>^)0)3(;^)-^-
=sin ) sin (r4) cos (y2 )[/2 (/「 /g ) + /3 (/「 /, )] + sin (y2) sin) cos (" ) [/, (Wg ) + 4 ('/ - "] =sin) sin (;k3 ) cos)//3 - sin (y2)sin(^ )cos)/!/4 - sin (y2) sin (y3)cos)/,/3 -sin(K)sin(^)cos(^)/2/4
=sin ) cos (y2) cos (y3) + sin(y3)cos(y,)cos(y2)+(/4
+ sin) cos) cos (y3) /, (/, + /3)
=sin (y3)
sin ( k ) cos (y2) (/3 -/2) — sin (y2) cos )
義43 A"
義45 ^sin(y)cos(h)cos(h)
乂— sin(y3)(/, - /4)
/,(W4)-'2(",4))
+ sin (y3) cos (,，) cos (y2)
/3+- (
-sin(^)cos(A)cos(^)(A +/3)
= sin)sin(y3)cos(y2 )[/2 (/《-/4) + 4 (// -& + sin)sin (y3)cos(y,)[,," -/4) + /3 (H)]
234
/(/1+/2)
、二sin(^)sin(^)cos(;^)cos(;K4)〃2 +sin(y2)sin(;K3)cos(;K1)cos(;K4)(/r/1 -/,/2)
+ sin(y，)sin(y4)cos(;^ )cos(;r3)(/" -/r/2) + sin)sin(a )cos(;^ )cos(& )(/r -/, )/, (sin)cos) + sin (y4) cos(y2 ))cos(^ )cos (y3) -(sin ( y') cos (y3) + sin (y3) cos (尺))cos (;k2 ) cos (y4)
& 二[sin(^)sin(^)cos(h)cos(厶)/2 —sin(y2)sin(;r3)cos(;^)cos(h)/2](/, +/2)
sin(K)sin(^)cos(y2)cos(^)-sin(y2)sin(^)cos(K)cos(y4) + sin(^)sin(^)cos(y。cos(r3) -sin) sin (y4) cos (y2) cos (y3)
sin ) cos(y2) cos (y3) cos(y4) - sin (y2) cos(y,) cos (y3) cos (y4) +sin(y4)cos(y1)cos(;K2)cos(y3)-sin(y3)cos(r1)cos(y2)cos(y4)_P & = sin^X^cosO^cos^W + sin^XyJcos^)—;^// -" -/《(A +/2)) + sin(y2)sin(,3)cos(y,)cos(y4一/,/2 + /g (A +厶))_ sin(y2)sin (y4)cos(;^)cos(y3)仏。
45 =
(/,+/2)
權(quán)利要求1、汽車分層建模振動控制裝置，包括路面信息傳感器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPU處理器依次連接，其特征在于8個采集路面不平度信息的傳感器和汽車行駛速度傳感器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPU處理器輸入端依次連接，CPU處理器內(nèi)包括用于將汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、車速數(shù)據(jù)和路面數(shù)據(jù)按分層算法運算模式運算后，分解成1#至4#單元垂直、側(cè)向共八個4×4矩陣懸掛質(zhì)量運動預估值數(shù)據(jù)的矩陣轉(zhuǎn)換運算裝置；八個分別用于將矩陣轉(zhuǎn)換運算裝置輸入的1#至4#單元八個懸掛質(zhì)量運動預估值單元進行4×4矩陣解算出理論控制量的控制量運算裝置；四個分別用于控制量運算裝置輸入的1#至4#單元垂直、側(cè)向八個理論控制量合成為1#至4#單元四個理論控制量，并且繼續(xù)換算成各自需求電壓量，并輸出給對應(yīng)的1#至4#單元MR阻尼器的電壓量運算裝置；CPU輸出端通過D/A轉(zhuǎn)換器分別與1#至4#單元MR阻尼器連接。
專利摘要汽車分層建模振動控制裝置，涉及汽車振動控制方法，包括垂直、側(cè)向8個路面不平度傳感器數(shù)據(jù)傳送給CPU處理器，結(jié)合分層模型算法運算得到懸掛質(zhì)量質(zhì)心處運動狀態(tài)、懸掛質(zhì)量約束力、1#-4#懸架垂直和側(cè)向加速度變化量預估解耦后的其加速度預估值；再分別傳輸給1#至4#單元垂直、側(cè)向8個矩陣控制量運算模塊；合成后得到1#至4#單元可控作動器的理論控制量；進行動作量的轉(zhuǎn)換運算各個作動器按接收到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生相應(yīng)的動作。優(yōu)點在于通過考慮路面垂直和側(cè)向激勵共同影響而建立的分層控制架構(gòu)，轉(zhuǎn)化為八個二自由度4×4矩陣同時進行四個可控作動器的控制量運算，并實施振動控制，以縮短在線運算時間，達到汽車整體最佳振動控制效果。
文檔編號G05D19/00GK201340553SQ20092013630
公開日2009年11月4日 申請日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者龍 吳 申請人:三明學院