[發明專利]一種基于切換控制的汽車主動懸架系統的容錯控制方法

在審

• 申請號: 201910661430.0
• 申請日: 2019-07-22
• 公開（公告）號: CN110826143A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 姚雪蓮;楊藝;朱凱;王晨光;葛佳汪;王可賢
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;B60G17/0185
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

本發明公開了一種基于切換控制的汽車主動懸架系統的容錯控制方法，該容錯控制方法包括：建立不確定作動器故障情況下汽車主動懸架系統的數學模型，以數學模型的方式表示作動器故障不確定性對系統控制輸入的不確定影響；基于故障下主動懸架的數學模型設計容錯控制器，結合反演控制設計基礎反饋控制器保證閉環系統問題，針對各故障模式分別設計故障補償控制器，基于切換控制設計能解決對應故障模式的控制器；采用李雅普諾夫(Lyapunov)函數法對容錯控制器性能進行檢驗。本發明主要解決執行器故障模式和故障類型兩大關鍵不確定因素，并保證汽車主動懸架系統在不確定作動器故障情況下實現期望的控制目標，并獲得理想性能。

技術領域

本發明涉及汽車懸架控制技術領域，具體涉及一種基于切換控制 的汽車主動懸架系統的容錯控制方法。

背景技術

汽車懸架系統是顯著改善乘客舒適度和操縱特性的基礎，大致說 來，車輛懸架可分為三種類型：被動懸架、半主動懸架和主動懸架， 與被動懸架系統和半主動懸架系統相比，主動懸架系統在不同的行駛 條件下具有最佳的性能潛力。因此，該系統的控制問題受到廣泛關注， 如最優控制，預測控制，魯棒控制，模糊控制，自適應控制等，其中， 自適應控制方法具備較強的處理系統不確定性的能力，并保證系統在 不確定情況下具有較好的瞬態性能和穩態性能。在實際應用中，主動 懸架系統作動器故障比其他部件的故障發生的概率高，這些故障可能 會導致控制裝置的不穩定甚至災難性事故。研究表明，傳統的反饋控制方法無法保證系統在元部件故障情況下具有期望的性能，嚴重的作 動器故障會導致系統不穩定，因此，需要提出新的控制方法，從而克 服不確定故障對系統性能的影響，使得系統在正常或故障情況下仍具 有理想的穩定性和期望性能。

針對汽車主動懸架系統的作動器故障問題，國內外專家學者提出 了一系列行之有效的方法，如滑模控制、重構控制、H∞控制和反演 控制等，多數方法主要解決的是汽車主動懸架系統中卡死和增益失效 類型的作動器故障，保證閉環系統穩定，在中國專利文獻中申請號為 201611256758.7的發明提供了一種汽車主動懸架的被動容錯控制方 法，針對主動懸架系統的作動器增益失效故障和懸架參數不確定問題， 提出一種被動容錯控制方法，然而實際情況下，汽車主動懸架系統可 能遭受時變故障，且穩定和跟蹤是懸架系統的兩大關鍵性能，對于汽 車主動懸架系統而言，故障情況下的跟蹤控制比穩定控制問題更復雜， 實際運行中，執行器故障具有本質不確定性，即故障時刻、故障類型 和故障模式和故障執行器的個數均未知，針對確定故障類型和故障模 式設計的容錯控制方法無法用于解決不確定的故障情況，從而導致應 用的局限性問題。執行器故障的多重不確定性中，故障模式不確定最 為關鍵，要消除多重不確定故障模式下的故障對系統性能的影響，需 從根本上針對各故障模式下的故障值進行有效估計，然后設計一個綜 合控制方法能有效解決各故障情況下的故障問題，從本質上同時解決 故障模式和故障參數的不確定性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于切換控制的汽車主 動懸架系統的容錯控制方法，該容錯控制方法主要解決執行器故障模 式和故障類型兩大關鍵不確定因素，并保證汽車主動懸架系統在不確 定作動器故障情況下實現期望的控制目標，并獲得理想性能。

為實現上述目標，本發明提出的控制方法包括：①建立不確定作 動器故障情況下汽車主動懸架系統的數學模型，以數學模型的方式表 示作動器故障不確定性對系統控制輸入的不確定影響；②基于故障下 主動懸架的數學模型設計容錯控制器，結合反演控制設計基礎反饋控 制器保證閉環系統問題，針對各故障模式分別設計故障補償控制器， 基于切換控制設計能解決對應故障模式的控制器；③采用李雅普諾夫 (Lyapunov)函數法對容錯控制器性能進行檢驗。

本發明提供如下具體的技術方案：一種基于切換控制的汽車主動 懸架系統的容錯控制方法，該容錯控制方法包括以下步驟：

步驟一，建立不確定故障情況下汽車主動懸架系統的數學模型；

采用半車主動懸架系統，其系統動力學方程為：