[发明专利]一种汽车主动悬架系统的控制方法

权利要求书

1.一种汽车主动悬架系统的控制方法，其特征在于：所述一种汽车主动悬架系统的控制方法的具体步骤如下：

步骤一、建立非线性主动悬架模型，根据牛顿第二定律，悬架系统的动力学方程为：

msz··s+Fd+Fs=u+Fl---(1),]]>

muz··u-Fd-Fs+Ft+Fb=-u---(2),]]>

公式(1)和(2)中m_s表示车身质量，m_u表示簧下质量；F_d表示前后悬架部分的阻尼力，F_s表示前后两悬架部分的弹簧力；F_t表示轮胎的弹力，F_b表示轮胎的阻尼力；z_s表示车身垂直位移，z_u表示簧下质量位移，u表示执行器输入力，F_l表示机械摩擦力；非线性弹簧动态和分段线性阻尼特性的输出力遵循下列动态：

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表示线性区间弹簧刚度系数，k_n1表示非线性区间弹簧刚度系数，k_f表示轮胎刚度系数，b_e表示扩张阻尼系数，b_c表示压缩阻尼系数，b_f表示轮胎阻尼系数，z_r表示路面扰动输入；定义状态变量如下：

x1=zs;x2=z·s;x3=zu;x4=z·u---(7),]]>

则动态等式可以转化为：

公式(7)和(8)中x₁表示车身垂直位移，x₂表示车身垂直速度，x₃表示簧下质量位移，x₄表示簧下质量速度；

步骤二、设计非线性鲁棒控制器的具体步骤如下：

步骤二(一)、将车身垂直速度看作虚拟控制，确保车身位移趋近于零或在零附近较小的界内：

根据公式(8)中的第一个方程选取x₂为虚拟控制，使方程趋于稳定状态；令为虚拟控制的期望值，其与真值的误差为选取

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

公式(9)中k₁＞0为可调增益，则

x·1=e2-k1x1---(10)]]>

选取李亚普诺夫函数对其求导可得

V·1=x1(e2-k1x1)=x1e2-k1x12---(11)]]>

公式(9)、(10)、(11)中k₁表示可调增益，e₂表示虚拟控制与实际状态的误差，V₁表示一个正半定函数；

步骤二(二)、确定实际执行器输入力u，使得虚拟控制的期望值与真实状态值之间的误差e₂趋于零或有界；设计控制率

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表示模型补偿控制器，u_s表示鲁棒控制器，u_l表示H无穷性能控制器，k₂表示控制器增益，ε₁表示一个正实数，ε₂表示一个正实数，且k₂，ε₁，ε₂＞0，h(x，t)表示一个正函数用以预估鲁棒控制器上界：Δ(x，t)表示集总扰动函数，Δ(x，t)≤h(x，t)；

选取李亚普诺夫方程

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

对(17)式求导，并将公式(13)、(14)、(15)、(16)带入，可得

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

公式(17)和(18)中V₂表示李雅普诺夫候选函数；

步骤二(三)、验证系统零动态稳定：

令误差输出x₁＝e₂＝0，可求得控制输入

将(22)式代入到零动态系统中，取代其中的控制量，可得：

x·3=x4]]>

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

由于矩阵01-kfmu-bfmu]]>是满足赫尔维茨准则的，因此零动态系统(23)是稳定的，公式(23)中表示轮胎刚度系数，b_f表示轮胎阻尼系数；

步骤三、调节增益k₁，k₂，ε_1，ε₂以保证所有约束都限制在允许的范围内，即可实现控制约束。