馈能半主动悬架的整车耦合机理及多目标协调控制

Regenerative semi-active suspension, which can effectively isolate the vibration and meanwhile harvest vibration energy from the suspension, has become a hot research topic. However, unsolved technical issues, such as its integration mechanism with vehicle performance, and coordinated control problems, greatly restrict the commercial application of the regenerative semi-active suspension. To improve the integral performance of the vehicle, the research presented in this proposal will focus on the vehicle integration and multi-objective optimization control of regenerative semi-active suspension, which includes the following key points: 1) establishing the data driven/physical hybrid model of the regenerative semi-active suspension system and vehicle dynamics; 2) road information extraction based on LiDAR and vehicle state estimation which can be used for suspension control input; and 3) multi-objective coordinated control algorithm of regenerative semi-active suspension. The major contributions of this proposal lie in: clarifying the relationship between regenerative suspension energy flow and vehicle major electric loads, suspension dynamics and vehicle dynamics, providing theoretical basis to the regenerative semi-active suspension design and analysis. In addition, a model predictive control algorithm adapting with vehicle ride comfort and fuel efficiency will be proposed for the regenerative semi-active suspension coordinated control to improve the vehicle performance.

馈能半主动悬架能够高效衰减振动的同时，回收悬架振动能量，但其与整车性能集成的耦合机理及协调控制问题亟须解决。本项目拟采用系统与综合、理论与试验相结合的方法研究馈能半主动悬架的整车集成及其协调控制，主要包括：1）建立馈能半主动悬架系统与整车动力学的数据/机理混合模型；2）基于激光雷达数据与车身状态估计的可用于悬架预瞄控制输入的路面信息提取；3）设计综合考虑舒适性和经济性的馈能半主动悬架协调控制算法。预期贡献为：明确馈能悬架系统-车载负载-整车之间能量流的耦合机理、悬架动力学与整车各向动力学之间的耦合机理，为馈能半主动悬架的整车集成和分析提供理论依据；建立综合考虑舒适性及经济性的多目标协调控制方法，为馈能半主动悬架协调控制提供支撑。

馈能半主动悬架能够高效衰减振动的同时，回收悬架振动能量，但其与整车性能集成的耦合机理及协调控制问题亟须解决。本项目采用系统与综合、理论与试验相结合的方法研究馈能半主动悬架的整车集成及其协调控制，主要包括：1）建立馈能半主动悬架系统与整车动力学的数据/机理混合模型；2）基于激光雷达数据与车身状态估计的可用于悬架预瞄控制输入的路面信息提取；3）设计综合考虑舒适性和经济性的馈能半主动悬架协调控制算法。.通过本项目研究建立了馈能悬架系统与整车动力学的数据/机理混合模型，明确了馈能悬架系统-车载负载-整车之间能量流的耦合机理，通过数值模拟及台架试验对模型进行验证；撰写并申请了馈能悬架新技术方案的相关专利，发明了一种高度集成的基于压电效应的传感-执行-能量回收装置，能够在紧凑的体积内实现传感器、执行器和能量回收器的各项功能；在此基础上开发出多种应用于不同机电系统的集成功能装置。此外，本项目开展了强耦合、带约束的馈能半主动悬架预瞄控制的多目标协同优化研究，撰写并申请新技术方案的相关专利，撰写论文并参加车辆控制方面的国际会议。基于前期在泵式减振器方面的研究基础，设计了三种泵式馈能悬架系统执行器方案，即泵式单筒馈能减振器、泵式双筒馈能减振器和单筒集成馈能减振器，详细阐述了各方案的设计流程和工作原理。.本项目通过学术论文发表、公开发明专利等方式分享了部分研究成果，并设计了1套整车车辆动力学模型及相关控制算法，以及1套馈能悬架系统样机和试验验证台架。本项目的研究为馈能半主动悬架的整车集成和分析提供了理论依据；通过建立综合考虑舒适性及经济性的多目标协调控制方法，为馈能半主动悬架协调控制提供了支撑。