[发明专利]用于主动悬架的车辆侧倾运动安全线性二次型最优LQG控制器设计方法

说明书

本发明公开了一种用于主动悬架的车辆侧倾运动安全线性二次型最优LQG控制器设计方法，基于车辆三自由度转向‑侧倾运动模型的状态方程，选取横向载荷转移率、侧倾角加速度和侧倾角构建车辆侧倾运动安全综合性能指标；为克服传统LQG控制器不能跟踪作为干扰量的前轮转向角，将前轮转向角进行满足最小相位系统的微分变形与原系统状态方程组成增广系统方程，并以新的状态变量改写车辆侧倾运动安全综合性能指标；在新的综合性能评价指标中引入包含控制项的无穷小量，以满足LQG控制器设计条件；最后，针对新的状态方程和车辆侧倾运动安全综合性能指标，依据传统LQG控制器设计方法计算出车辆主动悬架的主动控制力。

技术领域

本发明属于车辆悬架控制领域，尤其涉及一种用于车辆主动悬架的LQG控制器参数设计方法。

背景技术

悬架是汽车重要的结构与功能部件，主要任务是将车轮受到的力与力矩传递给车身，保证汽车能稳定行驶。悬架性能对汽车行驶安全性有重要影响。传统被动悬架没有外界能量输入，参数不可调，无法较好的适应路面激励和行驶工况的变化。即使经过结构优化，悬架性能提高有限。主动悬架则弥补了被动悬架的缺陷。主动悬架具有悬架控制力发生器，可以依据路面激励和行驶工况提供主动控制力，同时兼顾悬架的行驶安全性和舒适性，提高悬架的综合性能。

线性二次型最优控制(Linear Quadratic Gaussian，LQG)可以在名义工况下，通过建立综合性能评价指标，合理设计控制器，可使线性系统获得最优性能，是较常使用的控制方法。LQG控制多应用于车辆平顺性及轮胎接地性的优化与控制。目前，侧翻事故发生几率逐年上升，提高汽车侧倾运动安全性优先级应高于平顺性，主动悬架控制器侧倾安全控制迫在眉睫。在主动悬架系统中，悬架主动控制力是LQG控制器依据二次性能指标来确定。但是存在以下几项问题：

1)在目前的车辆侧倾运动安全的相关研究中，横向载荷转移率(Lateral-loadTransfer Ratio，LTR)是最主要的安全评价指标。LTR与车身侧倾角及侧倾角加速度相互影响，仅使用LTR作为侧倾安全控制指标会导致车身侧倾角和侧倾角加速度异常变化。同时，车身侧倾加剧不仅和车身姿态有关，还和驾驶员的驾驶操作相关，在选取车辆侧倾安全评价指标时，应综合考虑车辆状态、车身姿态和驾驶员的影响。

2)求取汽车系统的三自由度转向-侧倾动力学模型和侧倾安全综合性能评价指标。将侧倾安全综合性能评价指标写成二次型标准形式其中X是系统的状态向量；U是系统的控制向量；W是系统的干扰向量；Q是系统状态向量加权矩阵；R是系统控制向量加权矩阵；N是系统状态向量与系统控制向量交叉加权矩阵；P是系统干扰向量加权矩阵；L是系统状态向量与系统干扰向量交叉加权矩阵；M是系统干扰向量与系统控制向量交叉加权矩阵。T是总工作时间；t是时间变量。

依据最优控制理论，左、右悬架理想主动控制力其中K为反馈增益向量矩阵，K＝R^-1(SB+N)^T，通过(SA)^T+SA-(SB+N)R^-1(SB+N)^T+Q＝0可以求出矩阵S。但是发现按照传统的LQG控制器设计方法，与系统干扰量相关的P、M和L矩阵未被考虑。这意味着按照传统方法设计的控制器只能跟踪一个不准确的性能指标进行反馈控制。

3)在上述设计方法中，会导致det(R)＝0，不满足LQG控制器的设计条件det(R)0。

由此可知：根据上述方法设计出的LQG控制器无法使主动悬架取得最佳的抗侧倾/侧翻安全性能，且有可能LQG控制器不工作。

发明内容

为解决常规LQG控制器设计方法中追踪错误性能指标和det(R)＝0导致控制器无法工作，以及侧倾安全评价指标选取的难题。本发明提出一种用于主动悬架的LQG控制器设计方法。