汽车主动悬架系统的参数化控制方法技术方案

本发明专利技术提出一种汽车主动悬架系统的参数化控制方法，包括以下步骤：S1：建立二分之一汽车主动悬架系统模型；S2：将二分之一汽车主动悬架模型系统转换为耗散Hamilton系统模型；S3：设计二分之一汽车主动悬架系统的参数化鲁棒控制器；S4：获取参数化鲁棒控制器的参数范围；S5：根据参数范围，调节参数化鲁棒控制器的参数以实现汽车行驶稳定性的优化控制。本发明专利技术的方法能够有效解决现有悬架控制技术设计模型较为简单，控制效果不佳，且控制目标单一，无法动态调节控制效果问题，进而能够精确有效地调节汽车行驶稳定性，提升驾驶舒适度，且该方法中参数化控制器的设计设计简单，易于实施。

Parameterized control method for automobile active suspension system

The invention provides a method of parameter control of vehicle active suspension system, which comprises the following steps: S1: the establishment of the 1/2 car model of active suspension system; S2: 1/2 car model of active suspension system into dissipative Hamilton system model; S3: parametric robust controller design of 1/2 vehicle active suspension system; S4: parameter range acquisition parametric robust controller; S5: according to the range of parameters, the optimal control parameters adjusting parameter robust controller to realize vehicle stability. The method of the invention can effectively solve the existing suspension control technology to design a relatively simple model, the control effect is not good, and the control of a single goal, to dynamically adjust the control effect, which can effectively and accurately adjust the vehicle running stability, enhance the driving comfort, the design parameters and the design method of controller is simple and easy to implement.

【技术实现步骤摘要】
汽车主动悬架系统的参数化控制方法
本专利技术涉及汽车
，特别涉及一种汽车主动悬架系统的参数化控制方法。
技术介绍
悬架是汽车的重要组成部分之一，主要用于传递车体与车轮之间一切力和力矩，具有减振缓冲的功能。悬架系统对汽车行驶的安全性、通过性、平顺性、操纵稳定性、乘坐舒适性等多种性能都有很大影响，因此悬架系统一直是汽车设计和研究人员非常关注的问题。近几十年来，人们对悬架系统进行了大量的研究，以提高乘坐舒适性和驾驶舒适性和安全性。目前，汽车悬架已由传统的被动悬架发展到半主动悬架和主动悬架。主动悬架能同时调节阻尼和刚度系数，在悬架中加入一个主动力发生器，可根据汽车的质量和地面的激励，自动产生相应的力与其平衡。在改善驾驶舒适性和车辆操控能力上有很大的优势。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。主动悬架的执行器被平放在车身和车轮之间，它可以增加和耗散系统的能量，式悬架系统可以稳定车身姿态，降低由于路面不平、刹车及转向等所带来的影响，增加了驾驶舒适度和安全性。主动悬架控制系统是典型的多目标控制系统。总的来说，汽车主动悬架系统的性能要求主要包括：1)驾乘的舒适度：降低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)接地性：对驾车的安全性产生影响。在实际系统的控制设计中，除了要保证的是系统的内部稳定和外部扰动抑制外，通常还要求实现对系统的其他的控制性能和目标。然而，对于这种多目标控制等更复杂的控制问题，采用控制器参数化是一个有效的、形式简单的方法。这种带参数的控制器不但能满足系统内部稳定和外部扰动抑制的需求，还能使系统实现更复杂的控制目标。针对设计中存在的性能折中的问题，许多主动悬架控制方法被提出。在经典控制中，方法的基础是所有的非线性动态都需要被忽略；线性系统鲁棒控制中，H∞控制给出了一种多目标控制的可行方案，但是，其所处理的模型要求是线性的，且在高频情况下，未建模不确定性将出现，造成控制的误差。总的来说，现有的悬架控制技术不足之处主要有以下几点：一、系统的建模简单且设计的控制器限制较多。当前绝大多数的主动悬架系统控制均采用四分之一汽车模型来建模；所设计的控制器限制较多，实现困难。二、目前汽车悬架控制多为单目标控制。而汽车行驶稳定性是一个多目标控制，一个控制器不能够解决这多个目标的控制问题。三、设计的控制器固化，无法应对外界不确定因素的影响。传统控制器设计是固定的，在外界状态变化时，控制器不能调节其内部参数，导致对汽车行驶稳定性控制不够精确。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种汽车主动悬架系统的参数化控制方法，该方法能够有效解决现有悬架控制技术设计模型较为简单，控制效果不佳，且控制目标单一，无法动态调节控制效果问题，进而能够精确有效地调节汽车行驶稳定性，提升驾驶舒适度，且该方法中参数化控制器的设计设计简单，易于实施。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提出了一种汽车主动悬架系统的参数化控制方法，包括以下步骤：S1：建立二分之一汽车主动悬架系统模型；S2：将所述二分之一汽车主动悬架模型系统转换为耗散Hamilton系统模型；S3：设计二分之一汽车主动悬架系统的参数化鲁棒控制器；S4：获取所述参数化鲁棒控制器的参数范围；S5：根据所述参数范围，调节所述参数化鲁棒控制器的参数以实现汽车行驶稳定性的优化控制。另外，根据本专利技术上述实施例的汽车主动悬架系统的参数化控制方法还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述S1进一步包括：建立汽车主动悬架系统的垂直和俯仰运动方程分别如式(1)和式(2)所示：zsf(t)＝zc(t)-l1θ(t)(1)zsr(t)＝zc(t)+l2θ(t)(2)其中，zsf(t)表示前车身位移，zsr(t)表示后车身位移，l1为前轮轴与车身质量的中心之间的距离，l2为后轮轴与车身质量的中心之间的距离，θ(t)表示车身俯仰角，zc(t)表示车身位移；根据牛顿第二定律和静态平衡位置为原点质心的车身的垂直位移和角位移，建立主动悬架系统的动力学方程为：根据上述式(1)至式(6)，得到简化方程：其中，式(7)和式(8)中ms表示车身重量，muf和mur分别表示前后轮的簧下质量，表示距质心的转动惯量，zuf和zur分别表示前后轮的簧下质量的位移，zrf和zrr分别表示前后轮的道路位移，ksf和ksr分别表示前后轮的悬架系统的弹簧力，csf和csr分别表示前后轮的悬架系统的阻尼力，ktf和ktr分别表示前后轮的轮胎弹力，uf(t)和ur(t)分别表示前后轮的主动悬架的外部控制器输入的控制力；定义状态变量：x1(t)＝zsf(t)-zuf(t)，x2(t)＝zsr(t)-zur(t)，x3(t)＝zuf(t)-zrf(t)，x4(t)＝zur(t)-zrr(t)，定义外部扰动输入为：参数化控制器为：则，将运动方程转化为状态空间方程形式为：其中，在一些示例中，所述S2进一步包括：将公式(9)转换为耗散Hamilton系统的形式为：其中，h(x)是权重矩阵。在一些示例中，在所述S3中，设计所述参数化鲁棒控制器时满足以下条件：在所述参数化鲁棒控制器u＝α(x,φ)的作用下，闭环系统的L2的增益不大于给定的γ，当ω＝0时，车身垂直偎依在有限时间没收敛于零，悬架系统所需的保证约束可以在全部的时间域内得到保证。在一些示例中，汽车主动悬架系统满足以下公式(11)和公式(12)，所述参数化鲁棒控制器满足系统的H∞控制的性能要求，具体为：其中，为控制器的参数化项，Im是m×m的单位矩阵；其中，n＝8，取的阶次r＝1，得到：Φ1＝b1x1+b2x2+b3x3+b4x4+b5x5+b6x6+b7x7+b8x8(14)，Φ2＝c1x1+c2x2+c3x3+c4x4+c5x5+c6x6+c7x7+c8x8(15)，其中，bi和ci(i＝1,2,3,4,5,6,7,8)为参数化鲁棒控制器的调节参数。在一些示例中，所述S4进一步包括：根据系统计算得到：将各项代入得到：其中，S为一个二次型，将S写成系数矩阵的形式S＝xTMx，其中的系数矩阵M为半正定，则S为半正定，将对称矩阵M乘常数2，得到：确保S≥0成立，M的所有主子式均为半正定的，从M可以得到由28-1个不等式组成的不等式组A；在得到的不等式组A中，知b7≤0,c8≤0，在不等式组A中，首先假设b1＝0,b2＝0,b3＝0,b4＝0,c1＝0,c2＝0,c3＝0,c4＝0,带入不等式组A中，得到一组简化的不等式组：利用符号计算的柱形代数分解算法，可求解得到进一步得到参数化控制器的参数范围为：将求得的参数范围U带入参数化鲁棒控制器，得到简化的参数化鲁棒控制器：其中，b7≤0，c8≤0，b8∈R。在一些示例中，在所述S5中，所述参数化鲁棒控制器能够通过其参数b7和c8对汽车的行驶稳定性进行调节。在一些示例中，所述二分之一汽车主动悬架系统模型为四自由度动力学模型。根据本专利技术实施例的汽车主动悬架系统的参数化控制方法，选用二分之一汽车模型作为研究对象，考虑弹簧和阻尼的动态情形，进而达到汽车行驶的精确控制的目的；考虑未建模和外界不确定扰动，设计了一簇参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车主动悬架系统的参数化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立二分之一汽车主动悬架系统模型；S2：将所述二分之一汽车主动悬架模型系统转换为耗散Hamilton系统模型；S3：设计二分之一汽车主动悬架系统的参数化鲁棒控制器；S4：获取所述参数化鲁棒控制器的参数范围；S5：根据所述参数范围，调节所述参数化鲁棒控制器的参数以实现汽车行驶稳定性的优化控制。

【技术特征摘要】
1.一种汽车主动悬架系统的参数化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立二分之一汽车主动悬架系统模型；S2：将所述二分之一汽车主动悬架模型系统转换为耗散Hamilton系统模型；S3：设计二分之一汽车主动悬架系统的参数化鲁棒控制器；S4：获取所述参数化鲁棒控制器的参数范围；S5：根据所述参数范围，调节所述参数化鲁棒控制器的参数以实现汽车行驶稳定性的优化控制。2.根据权利要求1所述的汽车主动悬架系统的参数化控制方法，其特征在于，所述S1进一步包括：建立汽车主动悬架系统的垂直和俯仰运动方程分别如式(1)和式(2)所示：zsf(t)＝zc(t)-l1θ(t)(1)zsr(t)＝zc(t)+l2θ(t)(2)其中，zsf(t)表示前车身位移，zsr(t)表示后车身位移，l1为前轮轴与车身质量的中心之间的距离，l2为后轮轴与车身质量的中心之间的距离，θ(t)表示车身俯仰角，zc(t)表示车身位移；根据牛顿第二定律和静态平衡位置为原点质心的车身的垂直位移和角位移，建立主动悬架系统的动力学方程为：根据上述式(1)至式(6)，得到简化方程：其中，式(7)和式(8)中ms表示车身重量，muf和mur分别表示前后轮的簧下质量，表示距质心的转动惯量，zuf和zur分别表示前后轮的簧下质量的位移，zrf和zrr分别表示前后轮的道路位移，ksf和ksr分别表示前后轮的悬架系统的弹簧力，csf和csr分别表示前后轮的悬架系统的阻尼力，ktf和ktr分别表示前后轮的轮胎弹力，uf(t)和ur(t)分别表示前后轮的主动悬架的外部控制器输入的控制力；定义状态变量：x1(t)＝zsf(t)-zuf(t)，x2(t)＝zsr(t)-zur(t)，x3(t)＝zuf(t)-zrf(t)，x4(t)＝zur(t)-zrr(t)，定义外部扰动输入为：参数化控制器为：则，将运动方程转化为状态空间方程形式为：其中，

【专利技术属性】
技术研发人员：曹忠，罗高涌，赵文静，饶永生，邹宇，黄勇，李传中，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44