[发明专利]一种汽车主动悬架系统的容错自适应控制方法

说明书

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容错自适应控制方法。

背景技术

汽车主动悬架系统是近年来的研究热点，它的基本作用是改善驾驶舒适度和增强车辆的操控性。主动悬架系统在改善驾驶舒适度和车辆操控能力上有很大潜力，因此这个领域近些年受到广泛的关注。主动悬架系统除了支撑车身重量的基本功能外，主要作用还包括隔离路面不平带来的振动、最大程度的使轮胎和路面接触以确保车辆行驶的安全性。主动悬架中，执行器被平行放置在车身与车轮之间，它可以增加和耗散系统的能量，使悬架系统可以稳定车身姿态，降低由于刹车、转向以及路面不平所带来的影响，增加驾驶舒适度和安全性。

在主动悬架系统中，执行机构(电机或液压系统)被放置在车体与车架之间，用以增加和耗散系统的能量，稳定车身姿态、提升驾驶舒适度。然而，在享受主动悬架系统控制所带来的优势的同时，可能发生的执行器故障问题也是需要认真对待的问题之一，对于主动悬架系统而言，其闭环系统的可靠性同悬架系统的性能是同等重要的，甚至于高于其他性能的。故障的产生不可避免，任何微小的故障都可能会导致整个系统的性能恶化，造成人员伤亡和财产的损失。

传统方法在处理非线性不确定悬架系统的执行器故障问题时，可能会导致闭环性能上的恶化，甚至造成闭环系统的不稳定。现有悬架控制技术的不足之处主要有以下几点：

一、设计模型较为简单。目前汽车主动悬架系统的研究，只是为了方便系统的分析与设计，人们才采用线性化模型。主要将弹簧、阻尼和执行器考虑为理想装置，得到近似的线性模型，然而实际上，主动悬架系统为经典的非线性系统，过多的近似导致控制精度降低；

二、无法满足执行器故障时系统的动态性能。而对于悬架系统而言，仅仅保证系统的稳定性是不够的，还需要考虑一些性能指标，如鲁棒性、抗干扰性等等。对于多性能指标要求的容错控制系统设计问题，工程论证人员往往是根据经验来选定各单项性能指标的取值范围，至于所选定的性能指标是否相互矛盾、能否达到，事先并不清楚；

三、无法应对外界不确定干扰及未建模动态。在汽车主动悬架控制中，车身质量、车轮弹性系数等参数的不确定性导致了建模的不精确，产生未建模动态项，若不加以考虑，会造成较大的设计误差。当非线性系统未建模动态及外界不确定扰动存在时，传统线性控制策略往往有一定的局限性。

发明内容

本发明是为解决现有悬架控制技术设计模型较为简单，无法满足执行器故障时系统的动态性能，无法应对外界不确定干扰及未建模动态的问题，而提供了一种汽车主动悬架系统的容错自适应控制方法。

汽车主动悬架系统的容错自适应控制方法按以下步骤实现：

步骤一、建立非线性半车主动悬架模型，该步骤包括以下两个内容：

(一)、建立健康执行器的非线性半车主动悬架模型；

(二)、建立执行器故障时的非线性半车主动悬架系统模型；

步骤二、设计非线性鲁棒控制器；

步骤三、调节非线性鲁棒控制器的控制增益参数。

发明效果：

本发明提出一种执行器故障容错控制方法，能够处理非线性不确定半车悬架系统可能发生的未知执行器故障问题，借助于自适应鲁棒控制思想，所设计的容错控制器能够适应和补偿系统本身和执行器故障引起的参数不确定性和外界不确定非线性，稳定车身垂直运动以及俯仰角运动，改善舒适度。

本发明选用非线性模型作为研究对象，考虑非线性弹簧和分段线性阻尼动态，达到了精确控制的目的；本发明考虑未建模动态及外界不确定扰动，本发明在悬架系统存在外界扰动及未建模动态时，车身垂直位移信号可保证是有界的，并且这个界可以任意小；如果经过一定的时间，系统的外界扰动和未建模动态消失，则悬架系统的车身垂直位移将渐近趋于零，达到平稳状态，本发明设计的多功能鲁棒控制算法解决了现有方法中对外界扰动不确定、未建模动态以及时域约束等难点问题；针对主动悬架系统控制中可能存在的执行器卡死、失效等故障，设计了具有容错能力的自适应鲁棒控制器，使得闭环系统即使在某一执行器发生故障的情况下，稳定性依然可以保证，性能仍旧可以维持在未发生故障时的水平，性能衰减平和。相应的仿真结果验证了控制器设计的有效性，达到了预期的设计目的。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是半车悬架系统的模型图；

图3是多功能控制器设计结构框图；

图4是无执行器故障时车身垂直位移随时间的响应曲线；——表示Tr＝0.5，表示Tr＝1.0，-----表示Tr＝2.0，………·被动悬架系统的响应曲线；