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申请/专利权人：山东理工大学

摘要：本发明公开主动悬架车辆的极端地形可穿越性诊断系统与诊断方法。所述系统配置有前路预瞄系统、车辆状态测量系统、倾覆诊断系统、抬轮诊断系统、主动规划和控制系统。所述方法首先确定车辆的俯仰角与侧倾角极限；然后预瞄前方路面点云阵列，并识别当前位置的车辆状态参数与轮下路面高度参数；然后分别基于车姿与轮荷被动响应的超前解算进行车辆的倾覆风险诊断，基于车轮主动抬升需求与力学平衡约束进行不可抬轮现实诊断；最后针对可穿越路面进行悬架补偿逆向解算，并进行行驶过程中的主动悬架随行补偿。本发明针对任意轴数的主动悬架车辆提出普适的极端地形穿越可行性的诊断方法，为安全、有效地实施极端地形主动穿越提供支撑。

主权项：1.主动悬架车辆的极端地形可穿越性诊断系统与诊断方法，所述车辆可具有两轴或两轴以上任意轴数；所述主动悬架为每个车轮配置主动执行机构，主动执行机构与减震器相连；每个车轮及其对应的主动执行机构和减震器被赋予序号i，i＝1,2,…n，n为车轮数量；所述诊断系统配置有前路预瞄系统、车辆状态测量系统、倾覆诊断系统、抬轮诊断系统、主动规划和控制系统；所述前路预瞄系统预瞄前方路面至少两倍车长范围内的路面点云；所述车辆状态测量系统实时测量车身的俯仰角、侧倾角，各主动执行机构轴向位移和轴向力以及车辆行驶车速等信息诸元，据此解算得到车身高度和各轮下路面的高度参数；所述诊断系统设置有原点与初始路面重合的坐标系，x轴水平指向车辆行进方向，y轴水平指向司机左侧，z轴垂直向上；其特征在于，包括以下步骤：步骤1：俯仰角、侧倾角极限测试：对所述车辆分别进行左倾、右倾、前倾、后倾跌落测试，以获取车辆的俯仰角极限值和侧倾角极限值；步骤2：构造承载与变形联合控制矩阵：将所述车辆置于水平路面，驱动第i个所述主动执行机构伸长直至产生单位位移，同时保持其他主动执行机构不作动；测量每个所述主动执行机构的轴向力增量，将其等效为相应车轮载荷的增量并按照从1到n的次序依次存入矩阵第i列的第1到n行{Δf1i,Δf2i,…Δfni}T；同时，测量车身的侧倾角和俯仰角增量，按照从上到下的次序将所述增量依次存入所述矩阵第i列的第n+1到n+2行{Δθxi,Δθyi}T，得到所述承载与变形联合控制矩阵，如公式1 步骤3：前路预瞄与规划目标确定：调用所述前路预瞄系统扫描从第一轴车轮到车辆前方至少两倍车辆长度范围内的路面点云信息；对所述路面点云信息进行处理，提取左右车轮未来行驶路径上的点云数据，将所述点云数据进行网格划分，取每个网格内的等效高度点，形成两倍车辆长度范围内未来各单位时刻下所述车辆行驶到各位置处时各车轮将承受的路面虚拟位移激励阵列其中上标k对应未来时刻k，k＝1,2,…；调用所述主动规划和控制系统基于路面点云信息给出各未来时刻下车身姿态与车轮载荷的期望，包括侧倾角、俯仰角期望阵列车高期望hk*，车轮载荷期望阵列其中上标k仍然对应未来时刻k，上标*表示期望；对需要抬轮穿越极端路面的情况，相应车轮的载荷期望为0；步骤4：当前车辆状态与轮下路面求解：调用所述车辆状态测量系统，基于当前时刻的车身俯仰角、侧倾角，主动执行机构轴向位移和轴向力，减震器刚度等信息解算当前时刻的车身高度h0、各轮下路面的高度阵列上标0对应当前时刻；测量当前时刻的车轮载荷阵列测量当前时刻的侧倾角、俯仰角阵列步骤5：实施倾覆风险诊断：步骤5-1：车高车姿与车轮载荷被动响应超前解算：假定所述车辆已经行驶到k-1时刻相应位置处；基于所述承载与变形联合控制矩阵，建立车身姿态与车轮载荷被动响应超前解算方程组如公式2；超前解算由时刻k-1行驶到达未来时刻k相应的路面虚拟位移激励阵列上将产生的车身姿态与车轮载荷的被动响应{θk}、hk、和{Fk} 公式2中，{ek}为由时刻k-1行驶到未来时刻k相应路面上时各车轮将承受的路面高度变化，它等于k时刻的路面虚拟位移激励阵列与k-1时刻的路面虚拟位移激励阵列的差值，即{Fk-1}为k-1时刻的车轮载荷阵列；{θk-1}为k-1时刻的侧倾角、俯仰角阵列；hk-1为k-1时刻的车身高度；步骤5-2：遍历所述车轮载荷{Fk}，如果其中任一个车轮载荷Fik为负值，则对于每个是负值载荷的车轮分别补偿路面虚拟位移激励，每次补偿一个单位高度的路面虚拟位移激励将补偿后的路面虚拟位移激励阵列{e'k}作为新的{ek}代入公式2重新计算所述车轮载荷；反复迭代直至所有车轮载荷均为非负数；将所述补偿后的路面虚拟位移激励阵列{e′k}重新定义为路面虚拟位移激励{ek}并重新执行步骤5-1，得到修正后的车身姿态与车轮载荷的被动响应{θk}、hk、和{Fk}；如果{Fk}不存在负值，则直接执行下一步骤；步骤5-3：将计算得到的未来时刻k的侧倾角、俯仰角被动响应与所述俯仰角、侧倾角极限值比较，进行倾覆风险诊断：若两个被动响应均不超过相应的极限值，则判定为无倾覆风险；若两个被动响应的任何一个超过相应的极限值，则根据超出情况相应的判定为有左倾、右倾、前倾、或后倾的风险；步骤6：实施不可抬轮现实诊断：步骤6-1：以车轮载荷Fi与车轮载荷期望阵列差值的平方和最小为优化目标，以车辆的力学平衡条件为约束，建立公式3，求解得到所述未来时刻k的各车轮的可行轮荷期望阵列 公式3中，G为所述车辆的重力；xi、yi分别为第i个车轮至所述车辆质心的x轴距离、y轴距离；步骤6-2：根据所述未来时刻k的车轮载荷期望阵列基于是否有车轮的载荷期望为0，识别是否存在需要抬轮穿越极端路面的情况，并实施不可抬轮现实诊断：若有，则执行步骤6-3；若无，则直接执行步骤7；步骤6-3：不可抬轮判定条件一：遍历所述可行轮荷期望阵列，判断轮荷大于零的车轮的数量L，若L≤2，则判定为有不可抬轮穿越风险；不可抬轮判定条件二：以车辆在z轴的力平衡、在x轴、y轴的力矩平衡为约束，建立公式4，若公式4求解的结果Ve≠0，则判定为有不可抬轮穿越风险； 若条件一、条件二均不成立，判定为无不可抬轮穿越风险；步骤7：可穿越性评估与操作：综合步骤5和6，判定所述车辆是否可从k-1位置穿越至k位置：若无倾覆风险且无不可抬轮穿越风险，则判定为可直行穿越，并执行下一步骤；若二者至少有一项有风险，则所述主动规划和控制系统发出不可穿越告警，结束控制；步骤8：实施主动控制：所述主动规划和控制系统调用主动悬架逆向解算模型，求解从k-1位置穿越至k位置时所述车辆追逐所述侧倾角、俯仰角期望阵列，车高期望和可行轮荷期望阵列需要的各主动执行机构的补偿量；控制所述车辆于单位时间间隔内行驶到所述路面虚拟位移激励阵列的地形上，同时控制所述执行机构同步完成作动，即完成行驶系统和主动悬架系统的同步控制。

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