[发明专利]一种汽车主动悬架的被动容错控制方法

摘要

本发明提供了一种汽车主动悬架的被动容错控制方法，涉及汽车悬架控制技术领域。所述方法以汽车主动悬架为研究对象，结合当前汽车主动悬架控制均基于元部件完好无故障进行研究而存在的不足或缺陷，基于容错控制理论，以汽车主动悬架控制的可靠性和使用品质提高、悬架设计方法优化为目标，针对汽车主动悬架的参数摄动和作动器故障，同时考虑悬架系统的时域硬约束，离线设计出了预先考虑故障的汽车主动悬架被动容错控制方法。所提出的被动容错控制方法能够保证主动悬架系统的稳定性和安全性，提高汽车乘坐舒适性和操纵稳定性。

主权项

一种汽车主动悬架的被动容错控制方法，其特征在于，所述方法包括：采用四自由度半车模型，其系统动力学方程为：mu1x··u1=Kt1(xg1-xu1)-K1(xu1-xs1)-Cs1(x·u1-x·s1)-u1mu2x··u2=Kt2(xg2-xu2)-K2(xu2-xs2)-Cs2(x·u2-x·s2)-u2Ipθ··=-aK1(xu1-xs1)+bK2(xu2-xs2)-aCs1(x·u1-x·s1)+bCs2(x·u2-x·s2)-au1+bu2msx··s=K1(xu1-xs1)+K2(xu2-xs2)+Cs1(x·u1-x·s1)+Cs2(x·u2-x·s2)+u1+u1xs1=xs-aθxs2=xs+bθ]]>式中，mu1、mu2分别为前后轮非簧载质量；Ip为车身俯仰转动惯量；ms为车身质量；K1、K2分别为前后悬架刚度；Kt1、Kt2分别为前后轮胎刚度；Cs1、Cs2分别为前后悬架阻尼系数；a、b分别为车身质心至前后轴的距离；u1、u2分别为前后悬架作动器控制输出力；xu1、xu2分别为前后非簧载质量位移；分别为前后非簧载质量速度；分别为前后非簧载质量加速度；xg1、xg2分别为前后路面垂向位移；θ为车身俯仰角，为车身俯仰角加速度；和分别表示前后车身簧载质量位移，xs、分别表示质心簧载质量的位移和加速度；选取的状态向量干扰输入W＝[W1 W2]T，控制输入U＝[u1 u2]T，其中W1和W2分别表示前轮和后轮白噪声干扰输入；考虑到悬架的时域硬约束，需满足悬架动行程保持在可用范围，从而避免撞击限位块：|xsi‑xui|≤Smax,i＝1,2其中Smax表示悬架动行程的最大值，考虑车辆行驶的操纵稳定性的要求，轮胎的动载荷不超出其静载荷，以保证轮胎的抓地能力：|Kti(xui‑xgi)|≤msig,i＝1,2其中g表示重力加速度，液压伺服机构输出阀值限制要求控制输入不超出其阀值：|ui|≤Fmax,i＝1,2其中Fmax表示液压伺服机构输出阀值限制，结合以上条件，将悬架的时域硬约束归一化后作为H∞控制约束输出性能指标，同时选择车身垂直加速度和俯仰角加速度作为H2控制的最小化性能输出；则建立的四自由度半车模型的主动悬架系统方程：Z∞＝C1X+D11W+D12UZ2＝C2X+D21W+D22Uy＝C3X其中，表示X的一阶导数，A、C1、C2、C3分别表示与相对应的系数矩阵，与Z∞相对应的系数矩阵，与Z2相对应的系数矩阵，适当维数的单位矩阵，B1表示与相对应的干扰输入系数矩阵，D11和D21为适维零矩阵，B2、D12、D22分别表示与相对应的控制输入系数矩阵，与Z∞相对应的控制输入系数矩阵，与Z2相对应的控制输入系数矩阵；其中，运用matlab中LMI工具箱提供的求解H2/H∞控制的一个函数msfsyn，计算出所设计的状态反馈控制增益矩阵K，则无故障状态下的主动悬架H2/H∞控制器为：U＝KX当主动悬架作动器发生增益损失故障，同时把主动悬架参数摄动的不确定性考虑在内，那么故障悬架模型为：z∞＝C1X+D12MUz2＝C2X+D22MUy＝C3X其中，ΔA、ΔB2是具有适维的不确定矩阵函数，M为作动器开关矩阵；所设计的故障悬架系统的基于H2/H∞状态反馈控制的被动容错控制器为：U＝KfX其中，Kf为基于H2/H∞状态反馈控制增益矩阵，将被动容错控制器带入故障悬架模型，得到故障悬架状态反馈闭环系统∑f为：z∞＝C1cXz2＝C2cXy＝C3X其中，Ac＝A+B2MKf，Ec＝E1+E2MKf，C1c＝C1+D12MKf，C2c＝C2+D22MKf，H、E1和E2是适当维数的已知常数矩阵，它们反映了不确定性的结构信息，F∈Ri×j是一个具有Lebesgue可测元的未知矩阵；基于所述故障悬架状态反馈闭环系统∑f，对于给定的干扰抑制γ＞0和故障悬架模型存在优化问题，应用matlab中的LMI工具箱求解器mincx求解所述优化问题，得到解α*、β*、η*、Q*、V*、N*，则故障悬架闭环系统Σf的H2/H∞状态反馈最优鲁棒容错控制器为：U＝V*(Q*)‑1X。