[發明專利]保證阻尼力約束的汽車磁流變懸架靜態輸出反饋控制方法

在審

• 申請號: 202010080587.7
• 申請日: 2020-02-05
• 公開（公告）號: CN111186275A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 吳健;劉志遠;周洪亮
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B60G17/015
• 分類號: B60G17/015;B60G17/08
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發明公開了一種保證阻尼力約束的汽車磁流變懸架靜態輸出反饋控制方法，所述方法包括如下步驟：步驟一、基于分段約束懸架系統動力學模型，設計求解狀態反饋增益的凸優化問題；步驟二、基于狀態反饋凸優化問題，推導輸出反饋的凸優化問題；步驟三、調節設計參數，獲得控制增益及期望控制性能；步驟四、根據阻尼力與驅動電流轉換關系，建立懸架閉環控制系統。本發明考慮了磁流變阻尼器非線性特性以及有限傳感器數量，在保證阻尼力可實現性的前提下，降低輸出反饋控制器設計的保守性，進而實現低成本下的汽車懸架性能提升。

技術領域

本發明屬于車輛減震技術領域，涉及一種汽車半主動懸架的控制方法，特別涉及一種保證阻尼力約束的汽車磁流變半主動懸架靜態輸出反饋控制方法。

背景技術

汽車懸架系統主要作用是將車廂和顛簸的路面隔離開，并將駕駛員的操控需求傳遞到輪胎。傳統的被動懸架無法在線調節，即無法適應不同的路面顛簸情況及車輛機動工況，因此可調節懸架(包括主動和半主動懸架)正受到越來越多汽車用戶的青睞以及整車廠的重視。相比復雜的主動懸架，半主動懸架具有結構緊湊、能耗低且可靠性高的優勢。另外，在不同類型的半主動懸架中，安裝有磁流變減震器的半主動懸架系統更是具有調節能力強和響應速度快的優勢。因此，以提高車輛的舒適性和操控性為目標，針對磁流變半主動懸架系統開發有效且簡便的控制方法成為當前工業界面臨的迫切問題。

磁流變減震器在其伸縮速度、驅動電流和輸出阻尼力三個變量之間表現出復雜的非線性特征。因此，作用到懸架系統中的阻尼力是受到約束的，且該約束通常也是非線性的。在控制算法設計過程中，充分考慮阻尼力非線性約束對于保證系統性能具有重要意義。除了執行機構的非線性約束外，懸架控制系統同時面臨著有限傳感器數量的問題。通常情況下，懸架的伸縮量以及簧上質量的振動加速度是較容易測量的。然而其他變量，如車輪壓縮量以及簧下質量振動加速度的測量則面臨較大的困難。因此，從簡化控制系統以及降低成本的角度考慮，設計具有有限傳感器數量的輸出反饋控制算法具有重要實用價值。綜上所述，針對磁流變半主動懸架系統，考慮阻尼力的非線性約束以及有限的傳感器數量，設計和開發保證系統穩定性的靜態反饋控制算法對于提高車輛的舒適性和操控性具有重要意義。

現有方法在處理非線性約束以及有限傳感器數量問題上，存在過度線性化、控制器形式復雜或保守性較大的問題。具體不足之處主要體現在以下幾個方面：

一、過度線性化。針對非線性系統控制問題，現有方法往往采用平衡點線性化的方法。該方法無法兼顧系統狀態在大范圍變化時的動力學特征。具體到懸架系統，該方法無法在控制器設計中考慮阻尼器大范圍伸縮時的懸架動力學特性。

二、控制器形式復雜。針對非線性系統控制問題，如果不采用線性化方法而直接考慮非線性特征，往往得到的控制器具有較復雜的形式。例如，模型預測控制器和動態變增益控制器。然而，這類具有復雜形式的控制器給控制系統的實現帶來了困難，給出的懸架控制器也難以在實時嵌入式系統中應用。

三、保守性較大。與復雜形式的控制器相比，靜態反饋控制器更容易實現。但針對有限傳感器的靜態輸出反饋控制在本質上是一類非凸問題。為了將非凸問題轉化為凸問題，現有方法往往引入較強的限制條件。此類條件將給控制器設計帶來較大的保守性，使得反饋控制器增益難以獲得。

發明內容

本發明的目的是提供一種保證阻尼力約束的汽車磁流變懸架靜態輸出反饋控制方法，該方法考慮了磁流變阻尼器非線性特性以及有限傳感器數量，在保證阻尼力可實現性的前提下，降低輸出反饋控制器設計的保守性，進而實現低成本下的汽車懸架性能提升。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種保證阻尼力約束的汽車磁流變懸架靜態輸出反饋控制方法，包括如下步驟：

步驟一、基于分段約束懸架系統動力學模型，設計求解狀態反饋增益的凸優化問題；