轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统有限频域鲁棒控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统有限频域鲁棒控制方法，首先，建立轮毂电机驱动电动汽车悬架系统动力学不确定性模型及其系统的状态方程；其次，设计轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统的多控制目标，包括限制电动汽车主动悬架的簧下质量动位移、轮毂电机车轮与地面接触的动载荷、电动汽车主动悬架作动器控制力以及人体敏感有限频域内扰动衰减；然后，为了使轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统满足多目标的性能控制要求，以定理推导的形式给出电动汽车主动悬架系统有限频域鲁棒控制控制器的存在条件、设计结果及主要过程；本发明专利技术不仅提高了主动悬架的使用寿命，同时有效提高了电动汽车的舒适性和操纵稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统有限频域鲁棒控制方法


[0001]本专利技术涉及一种轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统有限频域鲁棒控制方法，属于电动 汽车主动安全控制领域。

技术介绍

[0002]为了应对环境污染和传统能源供应不足等问题，我国政府出台了各种政策促进和推广新 能源汽车。随着新能源汽车技术的日趋成熟，人民对新能源电动汽车的接受程度也越来越高。 按照汽车动力系统布置方式的不同，可以将电动汽车分为以下两类：集中式驱动电动汽车和 分布式电动汽车。轮毂电机驱动电动汽车作为分布式电动汽车中最有前景的车辆框架，由于 具有环境污染小、底盘结构简单和车辆动力学控制性能优越等特点，轮毂电机驱动电动汽车 近年来受到了广泛的关注和研究。
[0003]轮毂电机驱动电动汽车先进框架在给车辆底盘纵横控制系统提供诸多利好的同时，也使 电动汽车垂向动力学主动安全面临新的挑战。首先，由于轮毂电机直接安装在汽车的轮毂上， 增大了车辆簧下质量，导致车轮的动载荷变大，轮胎的接地性变差，进而影响车辆的安全性。 其次，由于簧下质量的动位移增大，对轮毂电机本身的冲击也更大，这加速了电机疲劳破坏 的过程，影响轮毂电机的使用寿命，这会严重影响车辆的舒适性和操纵稳定性。进一步，根 据ISO2631国际标准，4
‑
8Hz频段内的振动会导致人体内脏发生共振，使人体产生不适感甚 至造成伤害，特别对于轮毂电机驱动电动汽车，由于发动机等传统车辆大噪声源的去除，人 体对该频段内的振动变得异常敏感，而目前现有的主动悬架控制系统多是都是针对传统汽车 全频域段的扰动衰减设计的。
[0004]因此如何应对轮毂电机驱动电动汽车悬架呈现的上述新特点，设计有限频域内扰动衰减 的轮毂电机驱动主动悬架鲁棒控制系统成为电动汽车动力学安全控制亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统有限频域鲁棒控制方法，不仅提高 了电动汽车主动悬架的使用寿命、车轮的接地性与车辆的安全性，同时有效提高了电动汽车 的舒适性和操纵稳定性。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统有限频域鲁棒控制方法，具体包括以下步骤：
[0008]步骤S1：根据轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统的垂向动力学特征，结合电动汽车 主动悬架系统动力学模型的不确定性，建立轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统动力学不确 定性模型及其状态方程；
[0009]步骤S2：基于建立的轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统动力学不确定性模型及状态方 程，设计用于轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统的多控制目标，所述多控制目标
包括限制 电动汽车主动悬架的簧下质量动位移、轮毂电机车轮与地面接触的动载荷、电动汽车主动悬 架作动器控制力以及人体敏感有限频域内扰动衰减；
[0010]步骤S3：为了使轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统满足步骤S2中的多控制目标，推 导获取电动汽车主动悬架有限频域鲁棒控制控制器的存在条件及设计结果；
[0011]作为本专利技术的进一步优选，
[0012]步骤S1中，基于轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统的垂向动力学特征，建立四分之一 轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统动力学不确定性模型
[0013][0014]公式(1)中，m
s
、m
u
和m
h
分别为四分之一轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统动力学 不确定性模型的簧载质量、车轮质量和轮毂电机质量，K
s
为电动汽车主动悬架的刚度，C
s
为 电动汽车主动悬架的阻尼系数，K
h
为轮毂电机与车轮间减振系统的刚度，C
h
为轮毂电机与车 轮间减振系统的阻尼系数，K
t
表示车轮的刚度，F
a
表示作动器产生的主动控制力，Z
s
、Z
u
、 Z
h
和Z
r
分别为车辆车身、车轮、轮毂电机和地面的位移；
[0015]作为本专利技术的进一步优选，
[0016]步骤S1中，轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统的状态方程确定过程具体为，首先选取 状态向量
[0017]X(t)＝[x1(t) x2(t) x3(t) x4(t) x5(t) x6(t)]T
[0018]公式(2)中，x1(t)＝Z
s
(t)
‑
Z
u
(t)，x3(t)＝Z
u
(t)
‑
Z
r
(t)， x5(t)＝Z
h
(t)
‑
Z
u
(t)，其中路面的垂直速度选取扰动输入，即则电 动汽车主动悬架系统的状态方程为
[0019][0020]公式(2)中，A＝A0+HδE1，其中， H＝[0 1 0 0 0 0]T
，E1＝[
‑
αK
s
M
s0
ꢀ‑
αC
s
M
s0 0 αC
s
M
s0 0 0]； B1＝[0 0
ꢀ‑
1 0 0 0]T
；B2＝B
20
+HδE2，其中，B
20
＝[0 M
s0 0
ꢀ‑
1/m
u 0 0]T
， E2＝[αM
s0
]；
[0021][0022]所述电动汽车主动悬架系统内簧载质量不确定，所以
[0023][0024]其中，m
s0
表示名义簧载质量，α表示簧载质量的变化范围，δ是位置参数，满足‖δ
(t)‖<1， 故E1与E2中，
[0025]作为本专利技术的进一步优选，
[0026]步骤S2中，所述多控制目标包括限制电动汽车主动悬架的簧下质量动位移、轮毂电机车 轮与地面接触的动载荷以及电动汽车主动悬架作动器控制力；
[0027]因此，针对电动汽车簧下质量的动位移增大，对轮毂电机本身的冲击，加速了电机疲劳 破坏的过程，影响轮毂电机的使用寿命及严重影响车辆的舒适性和操纵稳定性，将所述限制 电动汽车主动悬架的簧下质量动位移的工作行程限制的范围满足
[0028]Z
s
‑
Z
u
＜＜S
max
[0029]其中，S
max
为电动汽车主动悬架最大工作行程，Z
s
为车辆车身的位移，Z
u
为车轮的位移；
[0030]为克服轮毂电机直接安装在汽车的轮毂上，增大车辆簧下质量，导致车轮的动载荷变大， 轮胎的接地性变差，进而影响车辆的安全性问题，所述轮毂电机车轮与地面接触的动载荷满 足
[0031]K本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统有限频域鲁棒控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤S1：根据轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统的垂向动力学特征，结合电动汽车主动悬架系统动力学模型的不确定性，建立轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统动力学不确定性模型及其状态方程；步骤S2：基于建立的轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统动力学不确定性模型及状态方程，设计用于轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统的多控制目标，所述多控制目标包括限制电动汽车主动悬架的簧下质量动位移、轮毂电机车轮与地面接触的动载荷、电动汽车主动悬架作动器控制力以及人体敏感有限频域内扰动衰减；步骤S3：为了使轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统满足步骤S2中的多控制目标，推导获取电动汽车主动悬架有限频域鲁棒控制控制器的存在条件及设计结果。2.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统有限频域鲁棒控制方法，其特征在于：步骤S1中，基于轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统的垂向动力学特征，建立四分之一轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统动力学不确定性模型公式(1)中，m
s
、m
u
和m
h
分别为四分之一轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统动力学不确定性模型的簧载质量、车轮质量和轮毂电机质量，K
s
为电动汽车主动悬架的刚度，C
s
为电动汽车主动悬架的阻尼系数，K
h
为轮毂电机与车轮间减振系统的刚度，C
h
为轮毂电机与车轮间减振系统的阻尼系数，K
t
表示车轮的刚度，F
a
表示作动器产生的主动控制力，Z
s
、Z
u
、Z
h
和Z
r
分别为车辆车身、车轮、轮毂电机和地面的位移。3.根据权利要求2所述的轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统有限频域鲁棒控制方法，其特征在于：步骤S1中，轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统的状态方程确定过程具体为，首先选取状态向量X(t)＝[x1(t) x2(t) x3(t) x4(t) x5(t) x6(t)]
T
公式(2)中，x1(t)＝Z
s
(t)
‑
Z
u
(t)，x3(t)＝Z
u
(t)
‑
Z
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(t)，x5(t)＝Z
h
(t)
‑
Z
u
(t)，其中路面的垂直速度选取扰动输入，即则电动汽车主动悬架系统的状态方程为公式(2)中，A＝A0+HδE1，其中，
H＝[0 1 0 0 0 0]
T
，E1＝[
‑
αK
s
M
s0
ꢀ‑
αC
s
M
s0 0 αC
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s0 0 0]；B1＝[0 0
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1 0 0 0]
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；B2＝B
20
+HδE2，其中，B
20
＝[0 M
s0 0
ꢀ‑
1/m
u 0 0]
T
，E2＝[αM
s0
]；所述电动汽车主动悬架系统内簧载质量不确定，所以其中，m
s0
表示名义簧载质量，α表示簧载质量的变化范围，δ是位置参数，满足‖δ(t)‖<1，故E1与E2中，4.根据权利要求3所述的轮毂电机驱动电动汽车主动悬架系统有限频域鲁棒控制方法，其特征在于：步骤S2中，所述多控制目标包括限制电动汽车主动悬架的簧下质量动位移、轮毂电机车轮与地面接触的动载荷以及电动汽车主动悬架作动器控制力；因此，针对电动汽车簧下质量的动位移增大，对轮毂电机本身的冲击，加速了电机疲劳破坏的过程，影响轮毂电机的使用寿命及严重影响车辆的舒适性和操纵稳定性,将所述限制电动汽车主动悬架的簧下质量动位移的工作行程限制的范围满足Z
s
‑
Z
u
＜＜S
max
其中，S
max
为电动汽车主动悬架最大工作行程，Z
s
为车辆车身的位移，Z
u
为车轮的位移；为克服轮毂电机直接安装在汽车的轮毂上，增大车辆簧下质量，导致车轮的动载荷变大，轮胎的接地性变差，进而影响车辆的安全性问题，所述轮毂电机车轮与地面接触的动载荷满足K
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分别为四分之一轮毂...

【专利技术属性】
技术研发人员：金贤建，王佳栋，严择圆，王启康，杨杭，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：