[发明专利]汽车底盘集成系统广义逆内模控制器及构造方法

说明书

技术领域

本发明涉及车辆工程设备技术领域，尤其涉及一种汽车底盘集成系统广义逆内模控制器及构造方法。

背景技术

随着汽车制造业的快速发展以及汽车技术相关理论研究水平的不断提高，人们对汽车的操纵稳定性、行驶安全性以及乘车舒适性等方面的性能要求也越来越高。汽车作为一个复杂的运动体，在其行驶的过程中，各个子系统之间存在着相互影响、相互制约的关系，各个控制子系统是针对提高车辆某一项性能指标而设计，而整车性能指标的提高则依赖于各个子系统的协调工作。因而，汽车（特别是汽车底盘系统）的集成控制已成为现代车辆动力学控制研究的热点之一。

近些年来，微型电子计算机技术以及大规模集成电路的飞速发展，促使了各类电子控制技术在汽车上的广泛应用，使得汽车电子化程度日益提高。汽车的底盘系统也随之改变了以往完全依靠液压或者气压执行机构来传递力的机械式结构，逐渐步入电子伺服控制阶段，操纵装置与执行器之间靠的非机械连接被电信号联系而取代。汽车底盘系统技术与汽车行驶安全性、操纵稳定性和乘坐舒适性密切相关，比如制动时的跑偏和甩尾，轮胎偏磨，转向迟钝，高速下的控制和稳定性，方向盘的轻重和路感，转弯时的侧倾和侧翻等等。汽车底盘系统正朝着整个底盘系统的集成控制发展，因此汽车的操作稳定性、行驶平顺性以及制动安全性等性能的提高，不能只考虑其中的一个或几个子系统，应该从整车的角度出发，协调控制底盘各子系统之间的关系，从而改善汽车的各方面性能。然而，汽车底盘系统十分复杂，是一个多变量、非线性、强耦合的复杂系统，为了消除（或尽量减小）汽车底盘系统中各个子系统之间的耦合与干涉，有必要对汽车底盘集成系统进行非线性解耦控制。

有鉴于此，有必要提出一种汽车底盘集成系统广义逆内模控制器及构造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车底盘集成系统广义逆内模控制器及构造方法，其克服了传统汽车底盘集成系统控制方法的缺陷，可以实现汽车底盘集成系统的侧向、纵向以及垂向之间非线性动态解耦控制，使控制系统具有优良的控制品质。

本发明的一种汽车底盘集成系统广义逆内模控制器，所述控制器由内模控制器和广义逆系统构成，其中：

所述内模控制器由质心侧偏角内模控制器、横摆角速度内模控制器和车身侧倾角内模控制器并联组成，质心侧偏角内模控制器由质心侧偏角内部模型和调节器构成，横摆角速度内模控制器由横摆角速度内部模型和调节器构成，车身侧倾角内模控制器由车身侧倾角内部模型和调节器构成；

所述广义逆系统与汽车底盘集成系统串联构成广义伪线性系统，所述广义逆系统由4个线性环节和非线性映射构成，广义伪线性系统包括质心侧偏角线性子系统、横摆角速度线性子系统和车身侧倾角线性子系统；所述汽车底盘集成系统由主动前轮转向子系统、直接横摆力矩控制子系统和主动悬架子系统构成。

相应地，一种汽车底盘集成系统广义逆内模控制器的构造方法，所述方法包括：

S1、将主动前轮转向子系统、直接横摆力矩控制子系统和主动悬架子系统作为一个整体构成汽车底盘集成系统；

S2、采用广义逆系统理论来构造汽车底盘集成系统的广义逆系统，由4个线性环节和非线性映射构成广义逆系统；广义逆系统与汽车底盘集成系统组成广义伪线性系统，并将广义逆系统串联于汽车底盘集成系统，其中，广义伪线性系统包括质心侧偏角线性子系统、横摆角速度线性子系统和车身侧倾角线性子系统；

S3、对质心侧偏角线性子系统、横摆角速度线性子系统和车身侧倾角线性子系统分别引入质心侧偏角内模控制器，横摆角速度内模控制器和车身侧倾角内模控制器构造内模控制器，将内模控制器与广义逆系统相结合组成广义逆内模控制器，控制汽车底盘集成系统。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中广义逆系统中非线性映射的构造方法为：

建立汽车底盘集成系统的数学模型，进而推导出汽车底盘集成系统的状态方程，然后针对汽车底盘集成系统的期望输出Y=[y₁ y₂ y₃]=[β γ φ]；

将β、γ离线分别求其一阶导数，进而求出广义逆系统的第一个输入和广义逆系统的第二个输入将φ求其一阶、二阶导数，进而求出广义逆系统的第三个输入3个输出分别为汽车底盘集成系统的3个输入前轮转向补偿角δ_c、横摆控制力矩T_Z和悬架侧倾力矩T_φ；