[发明专利]一种基于H∞预演控制的车辆主动悬架系统的控制方法

说明书

一种基于H_∞预演控制的半车主动悬架系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一、建立半车主动悬架系统的模型，包括动力学模型和状态空间模型；步骤二、提出基于H_∞预演控制的半车主动悬架系统的控制律。本发明提供了一种可以将路面变化这类扰动对悬架系统的负面影响抑制在更小范围内、控制性能良好的基于H_∞预演控制的半车主动悬架系统的控制方法。

技术领域

本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种汽车主动悬架系统的控制方法，该方法通过传感器将前方的路面信息提前传送给悬架装置，悬架系统因而能够利用提前获取的路面信息设计控制器，这有效延长了处理器的处理时间，能够更好地克服路面凹凸不平对悬架系统在垂直方向上的影响，具有更强的鲁棒性，改善驾驶舒适度、稳定性和安全性，增强车辆的操控性。

背景技术

传统车辆悬架系统的功能主要是保证良好的乘坐舒适性和稳定的轮胎载荷, 其优劣直接影响汽车的操纵稳定性、平顺性、轮胎接地性等主要性能。良好的车辆悬架系统还可以减少车辆驾驶者在路面情况恶劣的条件下承受较少的振动，防止引发脊椎畸变和胃病等疾病，保证了司机的身心健康。

目前车辆悬架系统的控制可分为被动控制、半主动控制和主动控制三种类型。凡不需输入能量的振动控制称为被动控制，由基本的弹簧和阻尼构成，被放置在车身和车桥之间，由于改善驾驶舒适度或增强车辆操控性的能力是互相制约的一对性能，被动悬架只能改善两个性能指标之一，能力有限；输入少量能量调节阻尼的振动控制称为半主动控制，半主动悬架系统具有可变性的阻尼特性，在控制能力上可以提供很大的改善,但由于是无源操作，改善能力依然有限；通过输入外部能量使振动机构给悬架系统施加一定控制力的振动控制称为主动控制。

主动悬架系统采用力作动器来代替被动悬架系统中的弹簧和减振器或在原有被动悬架系统的基础上增加了主动力作动器。作动器通常为液动或气动形式，但大多数采用的是液压式作动器，它可根据控制信号产生相应大小的作用力。与被动悬架系统相比，主动悬架系统的最大优点是其适应能力强，可同时改善车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。

相比较被动悬架系统而言，主动悬架系统是典型的多目标控制系统。总的说来，汽车主动悬架系统的性能要求主要包括：1)尽可能地隔离路面传递到人体的冲击和振动，以达到乘坐的舒适性；2)从车辆行驶的安全性角度考虑，悬架的设计应该使系统的动载小于静载，进而增强轮胎的接地性；3)由于执行器同悬架平行放置，因此悬架的位移行程应该满足一定的限制，即当增加驾驶舒适度的同时，悬架工作位移应该保持在允许的范围内。然而，这些性能指标是互相冲突的。例如，提升驾驶舒适度同时会带来更大的悬架位移和更小的轮胎接地概率。

为了消除这些性能之间的冲突，很多悬架系统的多目标控制策略已经被提出。传统方法在处理悬架系统的多目标控制问题时，可能会导致系统性能的降级，甚至造成悬架系统性能的不稳定。而鲁棒控制方法中，H_∞控制和H₂控制或其二者的结合提供了一些多目标控制的可行性方案，在使用尽可能少的控制能量使悬架行程尽可能小的同时保证了路面不平对系统性能的影响被限定在一定的范围内。

然而，由于只使用了当前的路面信息，使用标准H_∞控制方法设计的悬架系统对路面干扰的抑制性能仍然有很大的改善空间。为此，本发明将基于H_∞预演控制方法设计汽车的主动悬架系统。由于该方法首先借助路面传感器提前获取了更多的路面信息，继而能够使用这些信息设计控制器，更有效地抵消路面干扰带给系统的不利影响，从而达到更好的控制性能。早在1968年，最优预演控制已经被应用于汽车工业的悬架系统，它利用前悬架的扰动信息作为后悬架的前馈信息或者利用声纳传感器将前方路面的变化信息提供给电子控制单元ECU，ECU 再根据提前获取的路面变化信息作出控制决策，提前抵消扰动对悬架系统的负面影响，改善了悬架系统的性能。综上，考虑到路面起伏信息的不确定性，最优预演控制的最优性能很难达到；而在相同的环境下，基于标准H_∞控制的悬架系统性能还有很大的提升空间。

发明内容