全地形车悬架系统、全地形车及全地形车的姿态控制方法

1.本发明属于全地形车技术领域，具体涉及一种全地形车悬架系统、全地形车及全地形车的姿态控制方法。


背景技术：

2.近年来，随着科技水平的提高和汽车行业的发展，主动悬架在车辆领域应用越来越广泛，处于主动悬架模式下车辆能够调整车身姿态使车身一直水平，提高车辆的平顺性以及安全性。然而，全地形车与普通车辆不同，全地形车工作环境一般比较复杂颠簸，在越过较高障碍或者车辆急转弯时侧倾角度过大(侧倾角度20
°
左右)，但现有主动悬架由于结构本身限制，导致调整姿态的幅度较小，仅能满足最大侧倾角10
°
左右的调整，超过后便很难使车身完全调整回水平状态，影响全地形车的行驶平顺性和安全性。另外，车辆处于主动悬架模式下能够提高车辆的平顺性以及安全性，但需要车辆持续提供动力；而悬架处于被动模式下，完全不消耗任何能量。为达到理想的车辆姿态控制效果，通常根据传感器采集的数据来判断当前道路条件是否切换悬架模式(主动悬架模式/被动悬架模式)，若切换主动悬架模式，则控制主动悬架上的作动器动作。然而，现有车辆上的传感器由于自身测量精度的限制和环境随机干扰的影响，测量结果往往会出现误差，特别对于全地形车而言，因其工作环境复杂、颠簸，干扰较大，导致传感器获取数据误差也较大，通常需要对原始数据进行滤波处理，这可以有效地消除毛刺数据(即噪声信息)，并可以减少频谱中的高频干扰，以此减少底盘震动等原因对数据采集传感器的影响。但通过普通卡尔曼滤波器处理信号误差较大，需要得到噪声统计特性，并且在复杂工况下抗干扰能力较弱，精度较低，导致无法对全地形车的姿态进行精准控制。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种全地形车悬架系统，该悬架系统姿态调整的幅度大，可以较大幅度抑制侧倾，保证全地形车在越过较高障碍或者急转弯时，仍能够通过悬架系统调整车身姿态，使车身一直水平，提高全地形车的平顺性以及安全性。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种全地形车悬架系统，包括两个相对设置的上摆臂、两个相对设置的下摆臂、曲面摇臂、两个弹簧、推杆电机、推杆电机控制器；其中，两个所述的上摆臂和下摆臂均为v型结构，上摆臂的前端与车架连接，上摆臂的末端与车轮上的羊角的上端连接，下摆臂的前端与车架连接，下摆臂的末端与车轮上的羊角的下端连接，下摆臂上安装有连杆；所述曲面摇臂穿过上摆臂、下摆臂设置在相对的两个上摆臂和两个下摆臂的中间，曲面摇臂包括固定部、活动部，固定部安装固定在车架上，活动部安装在固定部上，相对固定部转动；两个所述的弹簧的一端与曲面摇臂的活动部连接，另一端与下摆臂的连杆连接；所述推杆电机安装在车架上，推杆电机的推杆的端部与曲面摇臂的活动部连接，所述推杆电机控制器用于控制推杆电机动作。
6.作为本发明的优选，所述曲面摇臂上安装拉线位移传感器，所述拉线位移传感器用于检测弹簧压缩量，所述曲面摇臂的固定部上安装有连接轴，所述连接轴上安装有轴承，所述轴承的外圈安装第一连接板，所述活动部包括下连接部、上连接部，下连接部穿过轴承外圈与轴承上的第一连接板固连，上连接部固定在下连接部的顶端，上连接部是由两个对称设置的异性板和设置在两个异性板中间的第二连接板连接构成，两个对称设置的异性板的两侧在靠近边缘的位置开设第一安装孔，顶端在靠近边缘的位置开设第二安装孔，弹簧的上端通过螺杆、螺母安装在两个异性板的中间，推杆电机的推杆的端部通过螺杆、螺母安装在两个异性板的中间。
7.作为本发明的优选，所述上摆臂包括第一u型连接头、第一摆臂、第二摆臂，所述第一u型连接头与车轮上的羊角的上端铰接，所述第一摆臂、第二摆臂的末端固定在u型连接头上，第一摆臂、第二摆臂的前端与第一连接件铰接，所述第一连接件安装固定在车架上；所述下摆臂包括第二u型连接头、第三摆臂、第四摆臂，所述第二u型连接头与车轮上的羊角的下端铰接，所述第三摆臂、第四摆臂的末端固定在第二u型连接头上，第三摆臂、第四摆臂的前端与第二连接件铰接，所述第二连接件安装固定在车架上，第三摆臂、第四摆臂之间还安装有连杆。
8.本发明还提供一种全地形车，所述全地形车的悬架系统采用上述全地形车悬架系统，或优选的全地形车悬架系统。
9.作为本发明的优选，所述全地形车包括前轴系统、电器装备箱、后轴系统，所述前轴系统和后轴系统分别位于电器装备箱的前后两侧，前轴系统包括车架、悬架系统、转向系统和轮边驱动系统，所述车架可拆卸的连接于电器装备箱上，所述悬架系统和转向系统均装于车架上，所述悬架系统与轮边驱动系统之间设置有羊角，通过羊角使轮边驱动系统连接悬架系统和转向系统，所述悬架系统采用上述全地形车悬架系统或优选的全地形车悬架系统，所述后轴系统与前轴系统结构相同。
10.作为本发明的优选，所述转向系统包括转向电机、转向器、转向横拉杆，所述轮边驱动系统包括制动盘、轮毂电机和制动卡钳，轮毂电机装于羊角上，且羊角上设置有制动卡钳；所述电器装备箱内装有整车控制器、远程遥控装置、电子驻车制动系统、电池管理系统、电动助力转向系统、推杆电机控制器、惯性测量单元imu和制动控制器；所述远程遥控装置、电子驻车制动系统、电池管理系统、电动助力转向系统、推杆电机控制器、惯性测量单元imu和制动控制器均连接整车控制器，惯性测量单元imu包括加速度计、陀螺仪，用于测量车体的三轴姿态角、三轴加速度。
11.本发明针对采用上述全地形悬架系统的全地形车提供一种姿态控制方法，该控制方法利用改进的sage-husa自适应卡尔曼滤波器对原始数据处理，可以使所获信号即使在复杂工况下精度也较高，之后通过模糊pid控制方式和比例控制等方式控制悬架系统上的推杆电机的位移和速度，使车身一直水平。
12.本发明提供的全地形车的姿态控制方法，包括以下步骤：
13.步骤s1、全地形车在不同路况行驶时，全地形车上的惯性测量单元imu采集数据，利用改进的sage-husa自适应卡尔曼滤波对采集的原始数据进行处理，获得优化后的数据，根据优化后的数据计算全地形车此时侧倾角、侧倾角速度；
14.步骤s2、整车控制器根据惯性测量单元imu获取的侧倾角、侧倾角速度以及拉线传
感器获取的悬架弹簧压缩量判断全地形车侧倾状态；若车辆侧倾角小于等于设定阈值，则以被动悬架模式行驶；若侧倾角大于设定阈值，且悬架系统上的弹簧的压缩行程大于设定阈值，则切换为主动悬架控制模式，执行步骤s3；
15.步骤s3、将车辆侧倾角、侧倾角速度数据输入模糊pid控制器，利用改进的模糊pid控制算法求解控制力fu；
16.步骤s4、将控制力fu输入比例控制器，分别求解前轴系统和后轴系统上的推杆电机所需的控制位移；
17.步骤s5、将推杆电机所需的控制位移输入二阶低通滤波器，经过二阶低通滤波后，求解推杆电机的控制速度；
18.步骤s6、整车控制器将求解的控制位移和控制速度发送给推杆电机控制器，推杆电机控制器控制推杆电机输出一组抑制侧倾转矩m
u1，2
，分别控制前后轴系统上的推杆电机运动速度和位移u'e，将车辆的侧倾角抑制在一个较小的范围内，此时一轮姿态调节结束；
19.步骤s7、获取下一时刻车辆状态，重复执行步骤s1至s6，直至惯性测量单元imu获取车辆相关数据判断无需主动控制，则以被动悬架模式继续行驶。
20.作为本发明的优选，步骤s1采用改进的sage-husa自适应卡尔曼滤波对原始数据处理的方法如下：
21.(1)建立卡尔曼滤波器的系统模型和观测模型；
[0022][0023]
其中，xk为tk时刻下1维系统向量，x
k+1
为t
k+1
时刻下1维系统向量，y
k+1
为t
k+1
时刻下1维观测向量,f
k+1，k
为系统从tk时刻到t
k+1
时刻的状态转移矩阵，gk为tk时刻下系统噪声矩阵，h
k+1
为t
k+1
时刻测量矩阵；wk为tk时刻下1维系统过程噪声，均值为qk；vk为tk时刻下1维观测噪声，均值为rk，v
k+1
为t
k+1
时刻1维观测噪声；tk时刻下系统过程噪声和观测噪声的方差分别为qk和rk；
[0024]
(2)在滤波的同时，在线估计系统过程噪声和观测噪声的均值和方差的大小；
[0025]
设qk、rk为零，系统过程噪声的方差qk为定值，对系统观测噪声的方差rk实时跟踪；
[0026][0027][0028][0029][0030]
p
k，k
＝[1-k
khk
]p
k,k-1
,
[0031][0032]
其中，为t
k-1
时刻下系统状态向量对tk时刻的预测值，为t
k+1
时刻系统状态向量的后验估计值，为tk时刻系统状态向量的后验估计值，hk为tk时刻测量矩阵，yk为tk时刻下1维观测向量，f
k,k-1
为系统从t
k-1
时刻到tk时刻的状态转移矩阵，p
k-1
为t
k-1
时刻系
统协方差矩阵，为系统从t
k-1
时刻到tk时刻的状态转移矩阵的转置矩阵，g
k,k-1
为t
k-1
时刻下系统噪声矩阵对tk时刻的预测值，q
k-1
为t
k-1
时刻下系统过程噪声的方差，为g
k,k-1
的转置矩阵，为hk的转置矩阵，rk为tk时刻下观测噪声的方差，kk为tk时刻下卡尔曼增益，p
k,k-1
为t
k-1
时刻下系统协方差矩阵对tk时刻的预测值，ek为tk时刻下新息序列；
[0033]
系统观测噪声方差：
[0034][0035]dk-1
＝(1-b)/(1-bk)
[0036]
其中，为tk时刻系统观测噪声方差的后验估计值，d
k-1
为t
k-1
时刻下加权系数，pk为tk时刻系统协方差矩阵，e
k-1
为t
k-1
时刻下新息序列，b为遗忘因子，0《b《1，取b＝0.95；
[0037]
(3)当观测数据出现野值时，对新息序列进行加权处理，其算法为：
[0038][0039][0040][0041]
其中，为tk时刻下新息序列的转置矩阵，ck为活化函数，可选取为适当的门限值。
[0042]
作为本发明的优选，利用改进的模糊pid控制算法计算控制力fu的公式为：
[0043][0044]
其中，k
p
,ki,kd分别为比例、微分、积分系数，为侧倾角，为侧倾角速度；
[0045]
改进的模糊pid控制算法通过建立模糊控制规则，根据不同的侧倾角和侧倾角速度对k
p
,ki,kd进行在线自整定，具体模糊控制规则为：
[0046]
输入变量的基本论域分别为[－0.08，0.08]、[－0.5，0.5]，k
p
,ki,kd输出变量的基本论域分别为[5000，15000]、[0，150]、[2000，6000]；输入、输出变量的隶属函数论域均设为[－3，3]；输入、输出变量的模糊语言变量设为正大pb、正中pm、正小ps、零zero、负小ns、负中nm、负大nb 7个等级，每个输出变量分别对应49条控制规则；其中，k
p
的控制规划如下表：
[0047][0048]ki
的控制规划如下表：
[0049][0050]
kd的控制规划如下表：
[0051][0052]
作为本发明的优选，利用比例控制器计算控制位移的计算公式为：
[0053]ue1，2
＝k
′
pfu1，2
[0054]
其中，u
e1，2
分别为前轴系统推杆电机、后轴系统推杆电机所需控制位移，k'
p
为比例
控制器的比例控制系数，与悬架系统上的压缩弹簧伸长量有关，f
u1，2
分别为轴系统推杆电机、后轴系统推杆电机控制力。
[0055]
作为本发明的优选，利用二阶低通滤波器计算控制速度的计算公式为：
[0056][0057]
其中，ωc为悬架系统截止频率，为悬架系统的阻尼比，u'e是经过二阶低通滤波后得到的控制位移，即实际作用到悬架系统的控制位移，和分别为实际作用到悬架系统的控制速度和加速度，ue是未经低通滤波计算得到的控制位移输入。
[0058]
本发明的优点和有益效果：
[0059]
(1)本发明提供的悬架系统在被动模式下也有较好的减震性能。减震时，曲面摇臂受向下的力，同时给下摆臂和弹簧向下的力，而下摆臂则给弹簧一个向上的力，因此弹簧两侧同时受向内的压力而压缩并吸能；当吸能阶段结束后，弹簧开始释放能量；此时，下摆臂受向下力，曲面摇臂受向上力，可相互抵消部分力，减少震动；且由于曲面摇臂与下摆臂通过车架铰接，故曲面摇臂会产生轴向位移消耗能量，下摆臂则会绕连接处转动消耗能量；因此整体结构较稳定，减震性能较好。
[0060]
(2)本发明提供的悬架系统在主动模式下可通过推杆电机产生作动力矩调整车身姿态，其可在较大范围内降低或抑制车身侧倾，使车身一直水平，提高车辆的平顺性以及安全性。
[0061]
(3)本发明提供的全地形车可实现主动悬架模式与被动悬架模式的切换，在主动悬架模式下可在较大范围内降低或抑制车身侧倾(能对1-22
°
侧倾角进行控制)，达到最理想的车辆姿态控制效果，提高全地形车在各种路面行驶时的通过性；另外，该车还可实现四轮转向，最大可能性达到多方位行驶，使其可以很好适用于多种工作环境。
[0062]
(4)本发明提供的全地形车为组合式、可拆装的全地形车，在进行维修和拆卸时，只需将相应的模块部分拆下即可，且由于前轴系统和后轴系统完全一致并且可以单独拆卸，所须配件的种类大大减小，给安装及维修提供了便利。
[0063]
(5)本发明提供的姿态控制方法采用改进的sage-husa自适应卡尔曼滤波对传感器采集的原始数据进行处理，在观测数据出现野值时，通过加权去除野值带来的异常新息，使新息序列恢复到正常水平。由于在以后的各时刻运算中使用了修正的新息，因此对本时刻乃至以后各时刻的状态估计、滤波增益和观测噪声方差都不会带来误差影响，可以使全地形车在较大干扰下保留低频信号，基本去除了野值所来的误差，提高了数据精度，从而更准确地进行姿态控制。
[0064]
(6)本发明提供的姿态控制方法时采用改进的模糊pid控制策略，能够对控制参数进行在线自整定，从而保障车辆、环境参数(车速、路面等级、转向工况)变化时系统的控制效果，具有良好的鲁棒性；当加速度较大时，模糊pid主动控制能明显抑制侧翻因子的急剧增加，极大地提高车辆在极限工况下的稳定性，提高控制的精度。
[0065]
(7)本发明提供的姿态控制方法通过模糊pid控制器确定控制力后，通过比例控制器求出推杆电机所需的位移，经二阶低通滤波器计算出输出速度，从而控制推杆电机输出一组抑制侧倾的力矩，控制推杆电机运动速度和位移，将车辆的侧倾角抑制在一个较小的范围内。
附图说明
[0066]
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0067]
图1为本发明实施例1提供的悬架系统安装在羊角上的示意图；
[0068]
图2为本发明实施例1提供的悬架系统中曲面摇臂的整体结构示意图；
[0069]
图3为本发明实施例2提供的全地形车的整体结构示意图；
[0070]
图4为本发明实施例2提供的全地形车的俯视图；
[0071]
图5为本发明实施例2隐藏车架后的前轴系统立体结构示意图；
[0072]
图6为本发明实施例2隐藏推杆电机的前轴系统立体结构示意图；
[0073]
图7为本发明实施例3全地形车姿态控制方法流程图。
[0074]
附图标记：前轴系统ⅰ、电器装备箱ⅱ、后轴系统ⅲ、车架a、悬架系统b、转向系统c和轮边驱动系统d、上摆臂1、下摆臂2、曲面摇臂3、弹簧4、推杆电机5、推杆电机控制器6、羊角7、制动盘8、轮毂电机9、制动卡钳10、转向电机11、转向器12、转向横拉杆13、拉线位移传感器14、第一u型连接头110、第一摆臂120、第二摆臂130、第一连接件140、第二u型连接头21、第三摆臂22、第四摆臂23、第二连接件24、连杆25、固定部31、活动部32、连接轴33、轴承34、第一连接板35、下连接部321、上连接部322、异性板3221、第二连接板3222。
具体实施方式
[0075]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
[0076]
实施例1
[0077]
如图1、图2所示，本实施例提供一种全地形车悬架系统，所述悬架系统包括两个相对设置的上摆臂1、两个相对设置的下摆臂2、曲面摇臂3、两个弹簧4、推杆电机5、推杆电机控制器6；其中，两个所述的上摆臂1和下摆臂2均为v型结构，上摆臂1的前端与车架连接，上摆臂的末端与车轮上的羊角7的上端连接，下摆臂2的前端与车架连接，下摆臂的末端与车轮上的羊角7的下端连接；下摆臂上安装有连杆25；所述曲面摇臂3穿过上摆臂1、下摆臂2设置在相对的两个上摆臂1和两个下摆臂2的中间，曲面摇臂上安装拉线位移传感器14，所述拉线位移传感器14用于检测弹簧压缩量，曲面摇臂3包括固定部31、活动部32，固定部31安装固定在车架上，活动部32安装在固定部31上，相对固定部转动；两个所述的弹簧4的一端与曲面摇臂的活动部32连接，另一端与下摆臂的连杆25连接；所述推杆电机5安装在车架上，推杆电机的推杆的端部与曲面摇臂的活动部32连接，所述推杆电机控制器6用于控制推杆电机动作。
[0078]
进一步，所述上摆臂1包括第一u型连接头110、第一摆臂120、第二摆臂130，所述第一u型连接头110与车轮上的羊角7的上端铰接，所述第一摆臂120、第二摆臂130的末端固定在u型连接头110上，第一摆臂120、第二摆臂130的前端与第一连接件140铰接，所述第一连
接件140安装固定在车架上；所述下摆臂2包括第二u型连接头21、第三摆臂22、第四摆臂23，所述第二u型连接头21与车轮上的羊角7的下端铰接，所述第三摆臂22、第四摆臂23的末端固定在第二u型连接头21上，第三摆臂22、第四摆臂23的前端与第二连接件24铰接，所述第二连接件24安装固定在车架上，第三摆臂、第四摆臂之间安装有连杆。
[0079]
所述固定部31上安装有连接轴33，所述连接轴33上安装有轴承34，所述轴承34的外圈安装第一连接板35，所述活动部32包括下连接部321、上连接部322，下连接部321穿过轴承外圈与轴承上的第一连接板35固连，上连接部322固定在下连接部321的顶端，上连接部322是由两个对称设置的异性板3221和设置在两个异性板中间的第二连接板3222连接构成，两个对称设置的异性板3221的两侧在靠近边缘的位置开设第一安装孔(未标记)，顶端在靠近边缘的位置开设第二安装孔(未标记)，弹簧的上端通过螺杆、螺母安装在两个异性板的中间，推杆电机的推杆的端部通过螺杆、螺母安装在两个异性板的中间。
[0080]
本实施例提供的悬架系统整体结构较稳定，在主动模式下可通过推杆电机产生作动力矩调整车身姿态，其可在较大范围内降低或抑制车身侧倾，使车身一直水平，提高车辆的平顺性以及安全性；在被动模式下减震性能较好，减震时，曲面摇臂受向下的力，同时给下摆臂和弹簧向下的力，而下摆臂则给弹簧一个向上的力，因此弹簧两侧同时受向内的压力而压缩并吸能；当吸能阶段结束后，弹簧开始释放能量；此时，下摆臂受向下力，曲面摇臂受向上力，可相互抵消部分力，减少震动；且由于曲面摇臂与下摆臂通过车架铰接，故曲面摇臂会产生轴向位移消耗能量，下摆臂则会绕连接处转动消耗能量，可直接将该悬架系统安装在现有全体型车等其他车辆上使用。
[0081]
实施例2
[0082]
如图3至6所示，本实施例提供一种全地形车，所述全地形车包括前轴系统ⅰ、电器装备箱ⅱ、后轴系统ⅲ，所述前轴系统ⅰ和后轴系统ⅲ分别位于电器装备箱ⅱ的前后两侧，前轴系统ⅰ包括车架a、悬架系统b、转向系统c和轮边驱动系统d，所述悬架系统b和转向系统c均装于车架a上，所述悬架系统b与轮边驱动系统d之间设置有羊角7，转向系统c的两端分别连接车架a和羊角7，通过羊角7使轮边驱动系统d连接悬架系统b和转向系统c，所述悬架系统b采用实施例1提供的全地形车悬架系统；所述转向系统c和轮边驱动系统d采用现有车辆上的转向系统c和轮边驱动系统d，转向系统c包括转向电机11、转向器12、转向横拉杆13；所述轮边驱动系统d包括制动盘8、轮毂电机9和制动卡钳10，安装方式参照现有车辆上的转向系统c和轮边驱动系统d安装即可，轮毂电机9装于羊角7上，且羊角7上设置有制动卡钳10；所述车架a可拆卸的连接于电器装备箱ⅱ上，所述后轴系统ⅲ与前轴系统结构相同ⅰ；
[0083]
所述电器装备箱ⅱ内装有整车控制器、远程遥控装置、电子驻车制动系统、电池管理系统、电动助力转向系统、推杆电机控制器、惯性测量单元imu和制动控制器，所述远程遥控装置、电子驻车制动系统、电池管理系统、电动助力转向系统、推杆电机控制器、惯性测量单元imu和制动控制器均连接整车控制器，惯性测量单元imu包括加速度计、陀螺仪，用于测量车体的三轴姿态角等数据。
[0084]
本实施例提供的全地形车为组合式、可拆装的全地形车，在进行维修和拆卸时，只需将相应的模块部分拆下即可，且由于前轴系统和后轴系统完全一致并且可以单独拆卸，所须配件的种类大大减小，给安装及维修提供了便利；另外，由于该车安装实施例1的悬架系统，因此在主动悬架模式下可在较大范围内降低或抑制车身侧倾，能对10-12
°
侧倾角进
行控制，达到最理想的车辆姿态控制效果，提高全地形车在各种路面行驶时的通过性；再者，该车还可实现四轮转向，最大可能性达到多方位行驶，使其可以很好适用于多种工作环境。
[0085]
实施例3
[0086]
如图7所示，本实施例提供一种全地形车的的姿态控制方法，包括以下步骤：
[0087]
步骤s1、全地形车在不同路况行驶时，车身会发生或大或小的侧倾，全地形车上的惯性测量单元imu采集数据，利用改进的sage-husa自适应卡尔曼滤波对采集的原始数据进行处理，获得优化后的数据，根据优化后的数据计算全地形车此时侧倾角、侧倾角速度等数据；
[0088]
采用改进的sage-husa自适应卡尔曼滤波对原始数据处理的方法如下：
[0089]
(1)建立卡尔曼滤波器的系统模型和观测模型，由于加速度计的输出是一个随机平稳过程，因此将系统简化为一阶自回归模型：
[0090][0091]
其中，xk为tk时刻下1维系统向量，x
k+1
为t
k+1
时刻下1维系统向量，y
k+1
为t
k+1
时刻下1维观测向量,f
k+1，k
为系统从tk时刻到t
k+1
时刻的状态转移矩阵，gk为tk时刻下系统噪声矩阵，h
k+1
为t
k+1
时刻测量矩阵；wk为tk时刻下1维系统过程噪声，均值为qk；vk为tk时刻下1维观测噪声，均值为rk，v
k+1
为t
k+1
时刻1维观测噪声；tk时刻下系统过程噪声和观测噪声的方差分别为qk和rk；
[0092]
(2)由于卡尔曼滤波在不能准确得到先验的噪声统计特性的情况下会导致性能下降，甚至发散，因此本发明在滤波的同时，在线估计系统过程噪声和观测噪声的均值和方差的大小；
[0093]
为降低算法的计算量和复杂性，使算法更适合工程应用，可认为qk、rk的值很小，在此设为零，根据加速度传感器(加速度计)的工作特点，认为qk为一定值，因此只需对rk实时跟踪；
[0094][0095][0096][0097][0098]
p
k，k
＝[1-k
khk
]p
k,k-1
,
[0099][0100]
其中，为t
k-1
时刻下系统状态向量对tk时刻的预测值，为t
k+1
时刻系统状态向量的后验估计值，为tk时刻系统状态向量的后验估计值，hk为tk时刻测量矩阵，yk为tk时刻下1维观测向量，f
k,k-1
为系统从t
k-1
时刻到tk时刻的状态转移矩阵，p
k-1
为t
k-1
时刻系统协方差矩阵，为系统从t
k-1
时刻到tk时刻的状态转移矩阵的转置矩阵，g
k,k-1
为t
k-1
时刻下系统噪声矩阵对tk时刻的预测值，q
k-1
为t
k-1
时刻下系统过程噪声的方差，为g
k,k-1
的转置矩阵，为hk的转置矩阵，rk为tk时刻下观测噪声的方差，kk为tk时刻下卡尔曼增益，p
k,k-1
为t
k-1
时刻下系统协方差矩阵对tk时刻的预测值，ek为tk时刻下新息序列；
[0101]
由此估计系统观测噪声方差：
[0102][0103]dk-1
＝(1-b)/(1-bk)
[0104]
其中，为tk时刻系统观测噪声方差的后验估计值，d
k-1
为t
k-1
时刻下加权系数，pk为tk时刻系统协方差矩阵，e
k-1
为t
k-1
时刻下新息序列，b为遗忘因子，0《b《1，取b＝0.95；
[0105]
(3)为了克服测量过程中野值的影响，提高滤波精度，在自适应滤波的基础上整合抗野值算法，当野值出现时，对新息序列进行加权处理以降低方差，使新息序列保持原有性质，其算法为：
[0106][0107][0108][0109]
其中，为tk时刻下新息序列的转置矩阵，ck为活化函数，可选取为适当的门限值。
[0110]
本实施例提供的抗野值自适应卡尔曼滤波的最大均方根误差相较于巴特沃兹低通滤波可以降低很多。改进的算法可以在观测数据出现野值时，通过加权去除野值带来的异常新息，使新息序列恢复到正常水平。由于在以后的各时刻运算中使用了修正的新息，因此对本时刻乃至以后各时刻的状态估计、滤波增益和观测噪声方差都不会带来误差影响，可以使全地形车在较大干扰下保留低频信号，基本去除了野值所来的误差，提高了数据精度，从而更准确地进行姿态控制。
[0111]
步骤s2、整车控制器根据惯性测量单元imu获取的侧倾角、侧倾角速度以及拉线传感器获取的悬架弹簧压缩量等数据判断全地形车侧倾状态；若车辆侧倾角小于等于设定阈值(1
°
)，则以被动悬架模式行驶；若侧倾角大于设定阈值(1
°
)，且悬架系统上的弹簧的压缩行程大于设定阈值(取弹簧压缩行程的一半为阈值)，则切换为主动悬架控制模式，执行步骤s3；
[0112]
步骤s3、将车辆侧倾角、侧倾角速度数据输入模糊pid控制器，利用改进的模糊pid控制算法求解前轴系统上电动推杆和后轴系统上电动推杆的控制力fu；
[0113]
常规的pid控制策略具有结构简单、可靠性高的优点，但自适应能力较差。本实施例采用模糊控制可对pid控制的参数进行在线自整定，从而保障车辆、环境参数(车速、路面等级、转向工况)变化时系统的控制效果，使其具有良好的鲁棒性；当加速度较大时，模糊pid主动控制能明显抑制侧翻因子的急剧增加，极大地提高车辆在极限工况下的稳定性；
[0114]
本实施例采用改进的模糊pid控制算法计算控制力fu的公式为：
[0115][0116]
其中，k
p
,ki,kd分别为比例、微分、积分系数，为侧倾角，为侧倾角速度。
[0117]
改进的模糊pid控制算法通过建立模糊控制规则，可根据不同的侧倾角和侧倾角速度对k
p
,ki,kd进行在线自整定，提高了控制的精度和系统稳定性，模糊控制规则通过总结控制实验的经验得出，具体模糊控制规则为：
[0118]
和输入变量的基本论域分别为[－0.08，0.08]、[－0.5，0.5]；依据ziegler－nichols法则和试验经验，设定k
p
,ki,kd3个输出变量的基本论域分别为[5000，15000]、[0，150]、[2000，6000]；输入、输出变量的隶属函数论域均设为[－3，3]；输入输出变量的模糊语言变量设为正大(pb)、正中(pm)、正小(ps)、零(zero)、负小(ns)、负中(nm)、负大(nb)7个等级，每个输出变量分别对应49条控制规则(表1～表3)，解模糊化规则采用重心法。
[0119]
表1k
p
的控制规划
[0120][0121]
表2ki的控制规划
[0122][0123]
表3 kd的控制规划
[0124][0125]
步骤s4、将控制力fu输入比例控制器，分别求解前轴系统和后轴系统上的推杆电机所需的控制位移；比例控制器计算控制位移的计算公式为：
[0126]ue1，2
＝k
′
pfu1，2
[0127]
其中，u
e1，2
分别为前轴系统推杆电机、后轴系统推杆电机所需控制位移，k'
p
为比例控制器的比例控制系数，与悬架系统上的压缩弹簧伸长量有关，f
u1，2
分别为前轴系统推杆电机、后轴系统推杆电机控制力。
[0128]
步骤s5、将推杆电机所需的控制位移输入二阶低通滤波器，经过二阶低通滤波后，求解推杆电机的控制速度；
[0129]
由于串联式主动悬架的执行机构没有并联的阻尼器提供上下速度间的关系，因此引入二阶低通滤波器(lpf)，二阶低通滤波方程为：
[0130][0131]
其中，ωc为悬架系统截止频率，为悬架系统的阻尼比，u'e是经过二阶低通滤波后得到的控制位移，即实际作用到悬架系统的控制位移，和分别为实际作用到悬架系统的控制速度和加速度，ue是未经低通滤波计算得到的控制位移输入；
[0132]
步骤s6、整车控制器将求解的控制位移和控制速度发送给推杆电机控制器，推杆电机控制器控制推杆电机输出一组抑制侧倾转矩m
u1，2
，分别控制前后轴推杆电机运动速度和位移u'e，将车辆的侧倾角抑制在一个较小的范围内，此时一轮姿态调节结束；
[0133]
步骤s7、获取下一时刻车辆状态，重复执行步骤s1至s6，直至惯性测量单元imu获取车辆相关数据判断无需主动控制，则以被动悬架模式继续行驶。
[0134]
最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例方案的范围。