[发明专利]保证阻尼力约束的汽车磁流变悬架静态输出反馈控制方法

说明书

本发明公开了一种保证阻尼力约束的汽车磁流变悬架静态输出反馈控制方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、基于分段约束悬架系统动力学模型，设计求解状态反馈增益的凸优化问题；步骤二、基于状态反馈凸优化问题，推导输出反馈的凸优化问题；步骤三、调节设计参数，获得控制增益及期望控制性能；步骤四、根据阻尼力与驱动电流转换关系，建立悬架闭环控制系统。本发明考虑了磁流变阻尼器非线性特性以及有限传感器数量，在保证阻尼力可实现性的前提下，降低输出反馈控制器设计的保守性，进而实现低成本下的汽车悬架性能提升。

技术领域

本发明属于车辆减震技术领域，涉及一种汽车半主动悬架的控制方法，特别涉及一种保证阻尼力约束的汽车磁流变半主动悬架静态输出反馈控制方法。

背景技术

汽车悬架系统主要作用是将车厢和颠簸的路面隔离开，并将驾驶员的操控需求传递到轮胎。传统的被动悬架无法在线调节，即无法适应不同的路面颠簸情况及车辆机动工况，因此可调节悬架(包括主动和半主动悬架)正受到越来越多汽车用户的青睐以及整车厂的重视。相比复杂的主动悬架，半主动悬架具有结构紧凑、能耗低且可靠性高的优势。另外，在不同类型的半主动悬架中，安装有磁流变减震器的半主动悬架系统更是具有调节能力强和响应速度快的优势。因此，以提高车辆的舒适性和操控性为目标，针对磁流变半主动悬架系统开发有效且简便的控制方法成为当前工业界面临的迫切问题。

磁流变减震器在其伸缩速度、驱动电流和输出阻尼力三个变量之间表现出复杂的非线性特征。因此，作用到悬架系统中的阻尼力是受到约束的，且该约束通常也是非线性的。在控制算法设计过程中，充分考虑阻尼力非线性约束对于保证系统性能具有重要意义。除了执行机构的非线性约束外，悬架控制系统同时面临着有限传感器数量的问题。通常情况下，悬架的伸缩量以及簧上质量的振动加速度是较容易测量的。然而其他变量，如车轮压缩量以及簧下质量振动加速度的测量则面临较大的困难。因此，从简化控制系统以及降低成本的角度考虑，设计具有有限传感器数量的输出反馈控制算法具有重要实用价值。综上所述，针对磁流变半主动悬架系统，考虑阻尼力的非线性约束以及有限的传感器数量，设计和开发保证系统稳定性的静态反馈控制算法对于提高车辆的舒适性和操控性具有重要意义。

现有方法在处理非线性约束以及有限传感器数量问题上，存在过度线性化、控制器形式复杂或保守性较大的问题。具体不足之处主要体现在以下几个方面：

一、过度线性化。针对非线性系统控制问题，现有方法往往采用平衡点线性化的方法。该方法无法兼顾系统状态在大范围变化时的动力学特征。具体到悬架系统，该方法无法在控制器设计中考虑阻尼器大范围伸缩时的悬架动力学特性。

二、控制器形式复杂。针对非线性系统控制问题，如果不采用线性化方法而直接考虑非线性特征，往往得到的控制器具有较复杂的形式。例如，模型预测控制器和动态变增益控制器。然而，这类具有复杂形式的控制器给控制系统的实现带来了困难，给出的悬架控制器也难以在实时嵌入式系统中应用。

三、保守性较大。与复杂形式的控制器相比，静态反馈控制器更容易实现。但针对有限传感器的静态输出反馈控制在本质上是一类非凸问题。为了将非凸问题转化为凸问题，现有方法往往引入较强的限制条件。此类条件将给控制器设计带来较大的保守性，使得反馈控制器增益难以获得。

发明内容

本发明的目的是提供一种保证阻尼力约束的汽车磁流变悬架静态输出反馈控制方法，该方法考虑了磁流变阻尼器非线性特性以及有限传感器数量，在保证阻尼力可实现性的前提下，降低输出反馈控制器设计的保守性，进而实现低成本下的汽车悬架性能提升。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种保证阻尼力约束的汽车磁流变悬架静态输出反馈控制方法，包括如下步骤：

步骤一、基于分段约束悬架系统动力学模型，设计求解状态反馈增益的凸优化问题；