[發明專利]一種汽車主動懸架系統的容錯自適應控制方法

有效

• 申請號: 201310203891.6
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103264628A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 孫維超;潘惠惠;高會軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B60G17/015
• 分類號: B60G17/015;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

技術領域

本發明涉及一種控制方法，具體涉及一種汽車主動懸架系統的容錯自適應控制方法。

背景技術

汽車主動懸架系統是近年來的研究熱點，它的基本作用是改善駕駛舒適度和增強車輛的操控性。主動懸架系統在改善駕駛舒適度和車輛操控能力上有很大潛力，因此這個領域近些年受到廣泛的關注。主動懸架系統除了支撐車身重量的基本功能外，主要作用還包括隔離路面不平帶來的振動、最大程度的使輪胎和路面接觸以確保車輛行駛的安全性。主動懸架中，執行器被平行放置在車身與車輪之間，它可以增加和耗散系統的能量，使懸架系統可以穩定車身姿態，降低由于剎車、轉向以及路面不平所帶來的影響，增加駕駛舒適度和安全性。

在主動懸架系統中，執行機構(電機或液壓系統)被放置在車體與車架之間，用以增加和耗散系統的能量，穩定車身姿態、提升駕駛舒適度。然而，在享受主動懸架系統控制所帶來的優勢的同時，可能發生的執行器故障問題也是需要認真對待的問題之一，對于主動懸架系統而言，其閉環系統的可靠性同懸架系統的性能是同等重要的，甚至于高于其他性能的。故障的產生不可避免，任何微小的故障都可能會導致整個系統的性能惡化，造成人員傷亡和財產的損失。

傳統方法在處理非線性不確定懸架系統的執行器故障問題時，可能會導致閉環性能上的惡化，甚至造成閉環系統的不穩定。現有懸架控制技術的不足之處主要有以下幾點：

一、設計模型較為簡單。目前汽車主動懸架系統的研究，只是為了方便系統的分析與設計，人們才采用線性化模型。主要將彈簧、阻尼和執行器考慮為理想裝置，得到近似的線性模型，然而實際上，主動懸架系統為經典的非線性系統，過多的近似導致控制精度降低；

二、無法滿足執行器故障時系統的動態性能。而對于懸架系統而言，僅僅保證系統的穩定性是不夠的，還需要考慮一些性能指標，如魯棒性、抗干擾性等等。對于多性能指標要求的容錯控制系統設計問題，工程論證人員往往是根據經驗來選定各單項性能指標的取值范圍，至于所選定的性能指標是否相互矛盾、能否達到，事先并不清楚；

三、無法應對外界不確定干擾及未建模動態。在汽車主動懸架控制中，車身質量、車輪彈性系數等參數的不確定性導致了建模的不精確，產生未建模動態項，若不加以考慮，會造成較大的設計誤差。當非線性系統未建模動態及外界不確定擾動存在時，傳統線性控制策略往往有一定的局限性。

發明內容

本發明是為解決現有懸架控制技術設計模型較為簡單，無法滿足執行器故障時系統的動態性能，無法應對外界不確定干擾及未建模動態的問題，而提供了一種汽車主動懸架系統的容錯自適應控制方法。

汽車主動懸架系統的容錯自適應控制方法按以下步驟實現：

步驟一、建立非線性半車主動懸架模型，該步驟包括以下兩個內容：

(一)、建立健康執行器的非線性半車主動懸架模型；

(二)、建立執行器故障時的非線性半車主動懸架系統模型；

步驟二、設計非線性魯棒控制器；

步驟三、調節非線性魯棒控制器的控制增益參數。

發明效果：

本發明提出一種執行器故障容錯控制方法，能夠處理非線性不確定半車懸架系統可能發生的未知執行器故障問題，借助于自適應魯棒控制思想，所設計的容錯控制器能夠適應和補償系統本身和執行器故障引起的參數不確定性和外界不確定非線性，穩定車身垂直運動以及俯仰角運動，改善舒適度。

本發明選用非線性模型作為研究對象，考慮非線性彈簧和分段線性阻尼動態，達到了精確控制的目的；本發明考慮未建模動態及外界不確定擾動，本發明在懸架系統存在外界擾動及未建模動態時，車身垂直位移信號可保證是有界的，并且這個界可以任意小；如果經過一定的時間，系統的外界擾動和未建模動態消失，則懸架系統的車身垂直位移將漸近趨于零，達到平穩狀態，本發明設計的多功能魯棒控制算法解決了現有方法中對外界擾動不確定、未建模動態以及時域約束等難點問題；針對主動懸架系統控制中可能存在的執行器卡死、失效等故障，設計了具有容錯能力的自適應魯棒控制器，使得閉環系統即使在某一執行器發生故障的情況下，穩定性依然可以保證，性能仍舊可以維持在未發生故障時的水平，性能衰減平和。相應的仿真結果驗證了控制器設計的有效性，達到了預期的設計目的。

附圖說明

圖1是本發明流程圖；

圖2是半車懸架系統的模型圖；

圖3是多功能控制器設計結構框圖；

圖4是無執行器故障時車身垂直位移隨時間的響應曲線；——表示Tr＝0.5，表示Tr＝1.0，-----表示Tr＝2.0，………·被動懸架系統的響應曲線；