一种基于多智能体的互联空气悬架协同控制系统及控制方法
阅读说明：本技术 一种基于多智能体的互联空气悬架协同控制系统及控制方法 (Interconnected air suspension cooperative control system and control method based on multiple intelligent agents ) 是由 孙丽琴 曾帅 徐亦航 杨梁 耿国庆 张佳 赵文 章国栋 徐忠堂 苏春 郝守刚 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于多智能体的互联空气悬架协同控制系统及控制方法,在整车受到路面激励后利用气压传感器获取空气弹簧的内部气压,利用速度传感器获取车辆的簧上及簧下质量速度,将上述信息发送至中央控制单元,经中央控制单元计算得到车辆四轮位置处的目标悬架力。将阻尼、互联、车高三个悬架力的输出机构视为三个慎思型的智能体并结合所需悬架力的大小和各自的动作成本制定三者的协同控制策略对整车的目标悬架力进行分配输出,输出的悬架力将反馈作用于整车。本发明可有效解决三个悬架力输出机构耦合度高,难以协同的问题,同时降低系统因电磁阀开闭过于频繁产生的能耗。(The invention discloses an interconnected air suspension cooperative control system and a control method based on multiple intelligent agents. The output mechanisms of the damping, interconnection and vehicle height suspension forces are regarded as three deliberate intelligent bodies, and a cooperative control strategy of the three is formulated by combining the magnitude of the required suspension force and the respective action cost to distribute and output the target suspension force of the whole vehicle, and the output suspension force is fed back to act on the whole vehicle. The invention can effectively solve the problems of high coupling degree and difficult cooperation of three suspension force output mechanisms and simultaneously reduce the energy consumption of the system caused by the frequent opening and closing of the electromagnetic valve.)
技术领域
本发明涉及互联空气悬架控制领域，具体涉及的是互联空气悬架的三个悬架力输出机构之间的协同控制系统以及控制策略。
背景技术
空气悬架系统是车辆安全行驶的重要系统之一，能够有效缓解路面对车辆的局部冲击。互联空气悬架作为空气悬架的衍生结构，可以更进一步地提高车辆的行驶平顺性和道路友好型，具备车高、互联和阻尼三个悬架力输出机构是其主要特点之一。
然而，三个悬架力输出机构耦合度高，尤其是互联和车高部分，两者均是通过开闭电磁阀对空气弹簧进行充放气从而达到改变空气弹簧力的目的，这就容易使电磁阀的开闭频率过于频繁并导致电磁阀的寿命缩短和系统整体能耗的增加。
国家专利CN202010594863.1提出了一种基于MPC模型预测控制的互联空气悬架协同控制系统。虽然实现了三个悬架力输出机构的协同控制，但是控制系统过于复杂，且未考虑互联与车高在车辆行驶过程中的充放气矛盾问题。
国家专利CN108839532B提出了一种互联空气悬架根据气压适时调节互联状态的控制方法，但是同样忽略了在调节互联状态的同时如何协同控制车高。
虽然互联空气悬架的控制方法在众多学者的努力下已经取得了很大的进展，但是互联和车高在充放气方面的矛盾一直未得到根本解决。因此，对现有的互联空气悬架控制系统还需要进行改进。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本发明提出了一种基于多智能体的互联空气悬架协同控制系统及控制方法，在互联空气悬架系统的基础上，结合整车的目标悬架力和车高、互联、阻尼这三个悬架力输出机构各自的能耗成本，完成悬架力的分配输出，实现了三者之间的协同控制，减少了系统的整体能耗。
本发明所采用的技术方案如下：
一种基于多智能体的互联空气悬架协同控制系统，包括信息采集单元、中央控制单元、车高智能体、互联智能体、阻尼智能体以及三个智能体对应的悬架力输出机构；所述信息采集单元用于采集车辆基本信息并输入至中央控制单元，所述中央控制单元根据信息采集单元所采集的信息计算出整车当前状态下的目标悬架力F1；车高智能体、互联智能体和阻尼智能体的动作成本对目标悬架力进行分配，并由高智能体、互联智能体和阻尼智能体对应向车高调节机构、互联调节机构和可调阻尼减振器输出控制指令，车高调节机构、互联调节机构和可调阻尼减振器接收相应的控制指令并执行动作，三个悬架力输出机构对目标悬架力进行分配输出，系统输出的悬架力将反馈作用于整车。
进一步，车高智能体、互联智能体和阻尼智能体按照协同工作策略，决定智能体的工作启停，并控制三个悬架力输出机构对目标悬架力进行分配输出。
进一步，信息采集单元包括气压传感器、速度传感器，所述气压传感器用于测量在受到路面激励时空气弹簧的内部气压；所述速度传感器用于测量整车的簧上质量速度及簧下质量速度。
一种基于多智能体的互联空气悬架协同控制方法，包括以下步骤：
步骤1：根据信息采集单元所采集的信息计算并输出整车当前状态下的目标悬架力F1；
步骤2：构建车高智能体、互联智能体和阻尼智能体，分别计算车高智能体、互联智能体和阻尼智能体的动作成本J1、J2、J3；
步骤3：基于目标悬架力，设置车高智能体、互联智能体和阻尼智能体的协同工作策略，按照协同工作策略决定车高智能体、互联智能体和阻尼智能体之间的工作规则。
进一步，基于协同工作策略的智能体之间的工作规则如下：
步骤3.1：根据空气弹簧充放气的变化，设定车高调节机构车高力FH的调节范围A为：
ΔPHdiS0≤FH≤ΔPHciS0
其中，ΔPHdi和ΔPHci分别为因充气和放气引起的空气弹簧气压变化值；S0为空气弹簧的有效面积；
步骤3.2：根据空气弹簧充放气的变化，设定互联调节机构互联力FI的调节范围B为：
0≤FI≤ΔPIS0
其中，ΔPI为因互联引起的充放气空气弹簧气压变化值；
步骤3.3：若阻尼系数c，则对于整个可调阻尼减振器系统，设定可调阻尼减振器阻尼力FD的调节范围C为：
cminfd≤FD≤cmaxfd
其中，fd为车辆悬架的动行程，c∈[cmin cmax]，cmin cmax分别是阻尼系数的最小值和最大值；
步骤3.4：当目标悬架力F1超出车高调节机构的调节范围A时，各悬架力输出机构都无法独自承担，此时三个智能体均开启，根据各自当前工况下的动作成本比值共同输出悬架力以达到整车需求；
步骤3.5：当目标悬架力F1的大小处于车高调节机构的调节范围A内，仅需车高调节即可满足悬架力的需求，此时互联智能体和阻尼智能体关闭，仅车高智能体开启，调节车高调节机构单独输出悬架力；
步骤3.6：当目标悬架力F1降低至互联调节机构的调节范围B时，此时车高智能体关闭，互联智能体和阻尼智能体开启，根据互联智能体和阻尼智能体当前工况下的动作成本比值输出悬架力；
步骤3.7：当目标悬架力F1进一步降低至可调阻尼减振器的调节范围C时，仅需调节阻尼力的大小即可满足悬架力的需求。此时车高智能体和互联智能体关闭，仅阻尼智能体开启，单独调节可调阻尼减振器输出悬架力。
进一步，车高智能体的动作成本J1表示为：
其中，tci和tdi分别表示车高电磁阀充、放气时间；i∈{1，2，3，4}代指前左、前右、后左和后右四个位置处的空气弹簧的充、放气管路，EH表示车高充、放气电磁阀的功率。
进一步，互联智能体的动作成本J2表示为：
其中，ti表示互联电磁阀开启时间；i∈{1，2，3，4}代指前、后、左、右四个互联管路中的电磁阀，EI表示互联电磁阀的功率。
进一步，阻尼智能体的动作成本J3表示为：
其中，Ts表示阻尼器的开启时间；i∈{1，2，3，4}代指前左、前右、后左和后右四个位置处的阻尼器，VD和ID分别表示可调阻尼减振器的供电电压和电流。
进一步，信息采集单元所采集的信息包括：空气弹簧内部气压Pi、簧上质量速度和簧下质量速度
进一步，计算整车当前状态下的目标悬架力F1的方法为：
基于空气弹簧内部气压Pi和空气弹簧的有效面积S0计算得出整车所需的空气弹簧力：Fs＝Pi×S0；
基于簧上质量速度簧下质量速度以及阻尼器的阻尼系数c计算得出整车所需的阻尼力：
整车所需的目标悬架力：F1＝Fs+Fd。
本发明的有益效果：
本发明基于多智能体理论，构建了互联空气悬架协同控制系统。将阻尼、互联、车高这三个悬架力的输出机构视为三个慎思型智能体并结合所需悬架力的大小和各自的动作成本(能耗)成本制定三者的协同控制策略对整车的目标悬架力进行分配输出，输出的悬架力将反馈作用于整车。可以有效解决三个悬架力输出机构耦合度高，难以协同的问题，同时降低系统因电磁阀开闭过于频繁产生的能耗。
附图说明
附图1为基于多智能体的互联空气悬架协同控制系统框图；
附图2为整车目标悬架力分配方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供了一种基于多智能体的互联空气悬架协同控制系统，包括气压传感器、速度传感器、中央控制单元、车高调节机构、互联调节机构、可调阻尼减振器。所述气压传感器用于测量在受到路面激励时空气弹簧的内部气压。所述速度传感器用于测量整车四轮位置处的簧上质量速度及簧下质量速度。所述中央控制单元用于集成气压传感器和速度传感器所采集的信息从而计算出整车的目标悬架力。构建车高智能体、互联智能体和阻尼智能体，分别根据车高智能体、互联智能体和阻尼智能体的动作成本对目标悬架力进行分配，并由高智能体、互联智能体和阻尼智能体对应向车高调节机构、互联调节机构和可调阻尼减振器输出控制指令，车高调节机构、互联调节机构和可调阻尼减振器接收相应的控制指令并执行动作，三个悬架力输出机构对目标悬架力进行分配输出，系统输出的悬架力将反馈作用于整车。具体地，车高调节机构用于控制空气弹簧充放气电磁阀的开闭。互联调节机构用于控制互联电磁阀的开闭。可调阻尼减振器用于控制互联空气悬架系统的阻尼力大小。
本发明基于上述控制系统还提供了一种基于多智能体的互联空气悬架协同控制方法，包括以下步骤：
步骤1：中央控制单元根据气压传感器和速度传感器所采集的信息计算并输出整车当前状态下的目标悬架力F1。所述步骤1具体如下：
步骤1.1：中央控制单元根据气压传感器测得的空气弹簧内部气压Pi和空气弹簧的有效面积S0计算得出整车所需的空气弹簧力Fs。
Fs＝Pi×S0
步骤1.2：中央控制单元根据速度传感器测得的簧上质量速度和簧下质量速度并结合阻尼器的阻尼系数c计算得出整车所需的阻尼力Fd。
步骤1.3：中央控制单元对整车所需的空气弹簧力和阻尼力进行求和，得出整车所需的目标悬架力F1。
F1＝Fs+Fd
步骤2：构建车高智能体、互联智能体和阻尼智能体，分别根据车高智能体、互联智能体和阻尼智能体的动作成本对目标悬架力进行分配；，分别计算车高智能体、互联智能体和阻尼智能体的动作成本J1、J2、J3。具体如下：
步骤2.1：根据车高充、放气电磁阀的功率EH，计算出车高智能体的动作成本J1。
式中，tci和tdi分别表示车高电磁阀充、放气时间；i∈{1，2，3，4}代指前左、前右、后左和后右四个位置处的空气弹簧的充、放气管路。
步骤2.2：根据互联电磁阀的功率EI，计算出互联智能体的动作成本J2。
式中，ti表示互联电磁阀开启时间；i∈{1，2，3，4}代指前、后、左、右四个互联管路中的电磁阀。
步骤2.3：根据可调阻尼减振器的供电电压VD和电流ID，计算出阻尼智能体的动作成本J3。
式中，Ts表示阻尼器的开启时间；i∈{1，2，3，4}代指前左、前右、后左和后右四个位置处的阻尼器。
其中，车高智能体成本J1＞互联智能体成本J2＞阻尼智能体成本J3；成本越高，所能提供的悬架力越大。
步骤3：基于目标悬架力，设置车高智能体、互联智能体和阻尼智能体的协同工作策略，按照协同工作策略决定车高智能体、互联智能体和阻尼智能体之间的工作规则。
协同工作策略具体如下：
步骤3.1：根据空气弹簧充放气的变化，车高调节机构车高力FH的调节范围A为：
ΔPHdiS0≤FH≤ΔPHciS0
其中，ΔPHdi和ΔPHci分别为因充气和放气引起的空气弹簧气压变化值。
步骤3.2：根据空气弹簧充放气的变化，互联调节机构互联力FI的调节范围B为：
0≤FI≤ΔPIS0
其中，ΔPI为因互联引起的充放气空气弹簧气压变化值。
步骤3.3：若阻尼系数c∈[cmin cmax]，则对于整个可调阻尼减振器系统，可调阻尼减振器阻尼力FD的调节范围C为：
cminfd≤FD≤cmaxfd
其中，fd为车辆悬架的动行程，cmin cmax分别是阻尼系数的最小值和最大值。
步骤3.4：如图2所示，当目标悬架力F1超出车高调节机构的调节范围A时，各悬架力输出机构都无法独自承担，此时三个智能体均开启，根据各自当前工况下的动作成本(能耗)比值共同输出悬架力以达到整车需求。
步骤3.5：当目标悬架力F1的大小处于车高调节机构的调节范围A内，仅需车高调节即可满足悬架力的需求。此时互联智能体和阻尼智能体关闭，仅车高智能体开启，调节车高调节机构单独输出悬架力。
步骤3.6：当目标悬架力F1降低至互联调节机构的调节范围B时。此时车高智能体关闭，互联智能体和阻尼智能体开启，根据互联智能体和阻尼智能体当前工况下的动作成本(能耗)比值输出悬架力。
步骤3.7：当目标悬架力F1进一步降低至可调阻尼减振器的调节范围C时，仅需调节阻尼力的大小即可满足悬架力的需求。此时车高智能体和互联智能体关闭，仅阻尼智能体开启，单独调节可调阻尼减振器输出悬架力。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
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