[发明专利]一种时变位移约束的主动悬架系统的鲁棒控制方法

说明书

本发明公开一种时变位移约束的主动悬架系统的鲁棒控制方法，属于汽车稳定性控制技术领域。本发明根据牛顿第二定律和第三定律分别对车身和悬架下轮胎进行受力分析，建立含有执行器故障数学模型的1/4汽车主动悬架系统数学模型，基于径向基神经网络对非线性主动悬架系统进行辨识，设计具有故障补偿的执行器及其自适应律，并采用障碍Lyapunov函数对闭环主动悬架系统的稳定性进行验证，最后调节执行器和自适应律的参数，实现最终的控制目标。本发明将约束控制的思想考虑到主动悬架系统的故障补偿执行器的设计中来，不仅在执行器发生故障时明显地提高其性能，还保证了汽车的安全性。

技术领域

本发明涉及汽车稳定性控制技术领域，尤其涉及一种时变位移约束的主动悬架系统的鲁棒控制方法。

背景技术

随着生活水平的日益提高和科学技术的不断发展，主动悬架系统在汽车中扮演着重要的角色。汽车悬架系统集成了电子系统、传感系统、信号系统、动力系统以及其他重要组成系统。当汽车行驶过程中遇到不同的路况信息时，汽车可以利用主动悬架系统进行实时调节，保证汽车的整体的安全性，同时提高乘客的乘坐舒适性。

汽车悬架系统在实际的运行过程中，由于可能发生传感器故障、传输信号错误以及设备老化等问题，这些问题可能对悬架系统造成破坏。这些故障如果无法及时排除则会给汽车带来安全性问题，比如主动悬架系统中的电机因为老化而失灵，传感器不灵敏导致主动悬架系统中的执行器输入出现偏差等等。因此，如何解决主动悬架系统中发生故障时的控制问题是当前研究的热点。

对于主动悬架系统研究一个重要的研究内容是保证安全性，尤其是当执行器发生故障时保证汽车仍然可以安全的行驶对于驾驶员和乘客而言是重要的。当执行器发生故障后，汽车所收到来自不平路面的激励将会传递给乘坐人员，同时，也将对车身的整体结构和其他电子系统造成冲击。因此，需要具有约束的自适应故障补偿控制器来保证在执行器故障情况下的汽车的整体安全性，使得被控主动悬架系统变成一个具有自适应和补偿故障的闭环系统。

目前，国内外对于汽车悬架系统自适应控制已经取得了许多成果，包括滑模控制、有限时间控制、H_∞控制、鲁棒控制等控制方法应用在悬架系统的控制中。然而，这些研究很少关注悬架系统的容错控制问题，尤其是关注其悬架系统的安全性问题。在汽车悬架系统发生执行器故障时，如何提高其安全性值得关注。本发明基于约束理论和Lyapunov定理设计控制器，最终，实现汽车悬架系统在执行器故障情况下保证安全性的控制目标。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种时变位移约束的主动悬架系统的鲁棒控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种时变位移约束的主动悬架系统的鲁棒控制方法，该方法的流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤1：建立主动悬架系统执行器故障的数学模型：

其中，u是主动悬架系统中的执行器输出信号，u_c是执行器输入信号，T_f是故障发生时间，ρ是失效因子，θ表示偏离故障，存在常数ρ和使得如下不等式成立：

当执行器发生偏离故障时，ρ＝0，θ≠0，此时u_c不再起作用，偏离到故障值θ；

当执行器发生失效故障时，ρ∈(0,1)，θ＝0，此时根据失效因子ρ具体的数值来判断执行器失去效能的百分比；

步骤2：根据牛顿第二定律和第三定律分别对车身和悬架下轮胎进行受力分析，建立含有执行器故障数学模型的汽车主动悬架系统数学模型，如下：