[发明专利]一种汽车主动悬架的有限时间混合控制方法

摘要

本发明公开了一种汽车主动悬架的有限时间混合控制方法。主要分为三个步骤：1)根据主动悬架系统动力学方程，构建系统数学模型；2)选择车身垂直加速度作为控制输出，对开环悬架系统进行有限时间混合性能分析；3)选择悬架行程、轮胎动静载荷比以及执行器输出力作为约束输出，基于有限时间混合性能分析结果设计状态反馈控制器，并计算路面扰动能量的上界。本发明发挥有限时间混合性能在刻画系统暂态行为方面的优势，将其应用到汽车主动悬架系统的减振控制中，既考虑控制输出的能量优化，又考虑其峰值优化。在满足悬架硬约束的同时，能够有效改善车辆的乘坐舒适性，特别适用于承受冲击型路面扰动的场合。

主权项

1.一种汽车主动悬架的有限时间混合控制方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1.根据主动悬架系统动力学方程，构建四分之一汽车主动悬架系统的数学模型；步骤2.选择车身垂直加速度作为悬架系统的控制输出，对开环悬架系统进行有限时间混合性能分析；步骤3.选择悬架行程、轮胎动静载荷比及执行器输出力作为约束输出，基于有限时间混合性能分析结果设计状态反馈控制器，并计算路面扰动能量的上界；所述步骤1中，四分之一汽车主动悬架系统的数学模型构建为：公式(1)中，状态向量其中x₁(t)为悬架行程，x₂(t)为轮胎形变，x₃(t)为簧上质量速度，x₄(t)为簧下质量速度，上标“T”表示向量或矩阵的转置；u(t)为执行器输出力；w(t)为路面不平引起的扰动输入；A、B和B_w分别为系统矩阵、输入矩阵和扰动矩阵；所述步骤2中，悬架系统的控制输出可表示为：其中z₁(t)为控制输出，为车身垂直加速度，C₁为状态‑输出矩阵，D₁为输入‑输出矩阵；所述步骤3中，悬架行程、轮胎动静载荷比以及执行器输出力这三个约束输出应分别满足|z₂₁(t)|＝|C₂₁x(t)|≤z_max、z₂₂(t)＝C₂₂x(t)≤1和|z₂₃(t)|＝|C₂₃x(t)|≤u_max，其中C₂₁、C₂₂和C₂₃为相应的约束输出矩阵，z_max和u_max分别为悬架行程和输出力的限制值；所述步骤2中，对开环悬架系统进行有限时间混合性能分析，得出：如果存在适维正定对称矩阵P以及标量α≥0，γ＞0，满足则开环悬架系统关于(β₁,β₂,T_f)是输入‑输出有限时间稳定的，且具有有限时间H_∞性能γ；矩阵不等式(3a)和(3b)中，β₁、β₂、T_f和γ为有限时间混合性能参数，分别对应扰动输入能量上界、控制输出峰值上界、有限时间区间长度和输出输入能量比上界；符号“＜”表示对应矩阵为负定的；所述步骤3中，基于有限时间混合性能分析结果设计状态反馈控制器，得出如下最小化问题：其中优化变量Q为适维正定对称矩阵，优化变量L为适维矩阵，优化变量α为非负标量；I表示适维单位阵，通过求解以上最小化问题(6)，设计状态反馈控器为u(t)＝Kx(t)＝LQ^‑1x(t)，其中K＝LQ^‑1为控制器增益；此外，当路面扰动能量小于上界w_max＝β²/γ²时，所设计的控制器不仅能保证闭环系统的有限时间混合性能，还能保证悬架行程、轮胎动静载荷比以及执行器输出力限制这三个硬约束条件。