[發明專利]一種汽車主動懸架系統的控制方法

有效

• 申請號: 201310021368.1
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103072440A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 孫維超;高會軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B60G17/00
• 分類號: B60G17/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

1.一種汽車主動懸架系統的控制方法，其特征在于：所述一種汽車主動懸架系統的控制方法的具體步驟如下：

步驟一、建立非線性主動懸架模型，根據牛頓第二定律，懸架系統的動力學方程為：

msz··s+Fd+Fs=u+Fl---(1),]]>

muz··u-Fd-Fs+Ft+Fb=-u---(2),]]>

公式(1)和(2)中m_s表示車身質量，m_u表示簧下質量；F_d表示前后懸架部分的阻尼力，F_s表示前后兩懸架部分的彈簧力；F_t表示輪胎的彈力，F_b表示輪胎的阻尼力；z_s表示車身垂直位移，z_u表示簧下質量位移，u表示執行器輸入力，F_l表示機械摩擦力；非線性彈簧動態和分段線性阻尼特性的輸出力遵循下列動態：

F_s＝k_s1(z_s-z_u)+k_n1(z_s-z_u)³??(3)，

Fd=be(z·s-z·u)bc(z·s-z·u)---(4),]]>

F_b＝k_f(z_u-z_r)(5)，

Fb=bf(z·u-z·r)---(6),]]>

公式(3)、(4)、(5)、(6)中k_s1表示線性區間彈簧剛度系數，k_n1表示非線性區間彈簧剛度系數，k_f表示輪胎剛度系數，b_e表示擴張阻尼系數，b_c表示壓縮阻尼系數，b_f表示輪胎阻尼系數，z_r表示路面擾動輸入；定義狀態變量如下：

x1=zs;x2=z·s;x3=zu;x4=z·u---(7),]]>

則動態等式可以轉化為：

公式(7)和(8)中x₁表示車身垂直位移，x₂表示車身垂直速度，x₃表示簧下質量位移，x₄表示簧下質量速度；

步驟二、設計非線性魯棒控制器的具體步驟如下：

步驟二(一)、將車身垂直速度看作虛擬控制，確保車身位移趨近于零或在零附近較小的界內：

根據公式(8)中的第一個方程選取x₂為虛擬控制，使方程趨于穩定狀態；令為虛擬控制的期望值，其與真值的誤差為選取

x2d=-k1x1---(9)]]>

公式(9)中k₁＞0為可調增益，則

x·1=e2-k1x1---(10)]]>

選取李亞普諾夫函數對其求導可得

V·1=x1(e2-k1x1)=x1e2-k1x12---(11)]]>

公式(9)、(10)、(11)中k₁表示可調增益，e₂表示虛擬控制與實際狀態的誤差，V₁表示一個正半定函數；

步驟二(二)、確定實際執行器輸入力u，使得虛擬控制的期望值與真實狀態值之間的誤差e₂趨于零或有界；設計控制率

u＝u_m+u_s+u_l??????(13)，

us=-ms4ϵ1h(x,t)e2---(15),]]>

ul=-ms4ϵ2e2---(16),]]>

公式(12)、(13)、(14)、(15)、(16)中u_m表示模型補償控制器，u_s表示魯棒控制器，u_l表示H無窮性能控制器，k₂表示控制器增益，ε₁表示一個正實數，ε₂表示一個正實數，且k₂，ε₁，ε₂＞0，h(x，t)表示一個正函數用以預估魯棒控制器上界：Δ(x，t)表示集總擾動函數，Δ(x，t)≤h(x，t)；

選取李亞普諾夫方程

V2=V1+12e22---(17),]]>

對(17)式求導，并將公式(13)、(14)、(15)、(16)帶入，可得

V·2=-k1x12-k2e22+e2(1msus+1msul+Δ(x,t))---(18),]]>

公式(17)和(18)中V₂表示李雅普諾夫候選函數；

步驟二(三)、驗證系統零動態穩定：

令誤差輸出x₁＝e₂＝0，可求得控制輸入

將(22)式代入到零動態系統中，取代其中的控制量，可得：

x·3=x4]]>

x·4=-kfmux3-bfmux4+kfmuzr+bfmuzr+msmuΔ---(23)]]>

由于矩陣01-kfmu-bfmu]]>是滿足赫爾維茨準則的，因此零動態系統(23)是穩定的，公式(23)中表示輪胎剛度系數，b_f表示輪胎阻尼系數；

步驟三、調節增益k₁，k₂，ε_1，ε₂以保證所有約束都限制在允許的范圍內，即可實現控制約束。