[发明专利]一种非线性主动液压悬架系统的滑模自适应控制方法

权利要求书

1.一种非线性主动液压悬架系统的滑模自适应控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、建立考虑非对称单出杆液压执行器非线性主动悬架模型；

步骤二、推导考虑系统不确定参数及外界扰动的滑模自适应控制器；

步骤三、设计扩张状态观测器，为悬架系统设计状态观测器用来观测车轮运动速度以及液压缸腔内压力；

步骤四、调节系统参数；

步骤一所述建立考虑非对称单出杆液压执行器非线性主动悬架模型为：

其中：

其中M为汽车车身质量即簧上质量，I为俯仰运动的转动惯量，u₁为在前悬架组件输入的主动控制力，u₂为在后悬架组件输入的主动控制力，u_z为车身垂直运动虚拟主动控制量，为车身俯仰运动虚拟主动控制量，ΔF₁为第一扰动量，ΔF₂为第二扰动量，m_f为前轮的簧下质量，m_r为后轮的簧下质量，F_df为前悬架组件中的阻尼力，F_dr为后悬架组件中的阻尼力，F_sf为前悬架组件中的弹性力，F_sr为后悬架组件中的弹性力，F_tf为前轮胎产生的弹性力，F_tr为后轮胎产生的弹性力，F_bf为前轮胎产生的阻尼力，F_br为后轮胎产生的阻尼力，z₁为前轮的簧下质量位移，z₂为后轮的簧下质量位移；z₀₁为前轮的路面输入位移，z₀₂为后轮的路面输入位移；a代表前悬架组件中心到车身质量中心的距离，b代表后悬架组件中心到车身质量中心的距离；k_f1是前悬架组件弹簧线性项刚度系数，k_f2是前悬架组件弹簧立方项刚度系数，k_r1是后悬架组件弹簧线性项刚度系数，k_r2是后悬架组件弹簧立方项刚度系数；b_f1为前悬架组件阻尼系数，b_r1为后悬架组件阻尼系数；k_f3为前轮胎的刚度系数，k_r3为后轮胎的刚度系数；b_f2为前轮胎的阻尼系数，b_r2为后轮胎的阻尼系数；Z_c为车身质量垂直位移，代表车身俯仰角，Δy_f代表前悬架行程，Δy_r代表后悬架行程，其中Δy_f和Δy_r的具体表示如下式：

忽略主动力的具体实现方式，考虑非对称单出杆液压执行器为主动悬架提供主动力，即主动悬架模型式(1)中的u₁，u₂具有如下(4)式的形式：

u₁为在前悬架组件输入的主动控制力，u₂为在后悬架组件输入的主动控制力，A₁为液压缸无杆腔的有效面积，A₂为液压缸有杆腔的有效面积，Δy_f代表前悬架行程，Δy_r代表后悬架行程，V_h1为Δy_f＝0时液压缸无杆腔的等效容积，V_h2为Δy_r＝0时液压缸有杆腔的等效容积，P₁为前轮液压缸无杆腔的压力，P₂为前轮液压缸有杆腔的压力，P₃为后轮液压缸无杆腔的压力，P₄为后轮液压缸有杆腔的压力，P_S为供油压力，β为油液弹性刚度，C_t为液压缸内泄漏系数，u₀₁为前轮阀芯位移实际控制量，u₀₂为后轮阀芯位移实际控制量，c_d为流量系数，ω为伺服阀面积梯度，ρ为油液密度,g为伺服阀算子；

步骤三中所述设计扩张状态观测器，为悬架系统设计状态观测器用来观测车轮运动速度以及液压缸腔内压力：

针对系统设计扩张状态观测器用来估计车轮垂直运动速度及液压执行器有杆腔压力、无杆腔压力；

定义误差变量：

ε₁＝l₅-x₅；ε₂＝l₇-x₇ (26)

扩张状态观测器如式(27)所示：

其中：

l₁是观测器第一状态变量，l₂是观测器第二状态变量，l₃是观测器第三状态变量，l₄是观测器第四状态变量，l₅是观测器第五状态变量，l₆是观测器第六状态变量，l₇是观测器第七状态变量，l₈是观测器第八状态变量，l₉是观测器第九状态变量，l₁₀是观测器第十状态变量，l₁₁是观测器第十一状态变量，l₁₂是观测器第十二状态变量，l₁₃是观测器第十三状态变量，l₁₄是观测器第十四状态变量，x₁是悬架系统第一状态变量，x₂是悬架系统第二状态变量，x₃是悬架系统第三状态变量，x₄是悬架系统第四状态变量，x₅是悬架系统第五状态变量，x₇是悬架系统第七状态变量，ε₁为观测器第一误差变量，ε₂是观测器第二误差变量，M为汽车车身质量即簧上质量，I为俯仰运动的转动惯量，u₁为在前悬架组件输入的主动控制力，u₂为在后悬架组件输入的主动控制力，u_z为车身垂直运动虚拟主动控制量，为车身俯仰运动虚拟主动控制量，m_f为前轮的簧下质量，m_r为后轮的簧下质量，F_dfl为观测器的前悬架组件阻尼力，F_drl为观测器的后悬架组件阻尼力，F_sfl为观测器的前悬架组件弹性力，F_srl为观测器的后悬架组件弹性力，F_tfl为观测器的前轮胎弹性力，F_trl为观测器的后轮胎弹性力，F_bfl为观测器的前轮胎阻尼力，F_brl为观测器的后轮胎阻尼力，a代表前悬架组件中心到车身质量中心的距离，b代表后悬架组件中心到车身质量中心的距离，k_f1是前悬架组件弹簧线性项刚度系数，k_f2是前悬架组件弹簧立方项刚度系数，k_r1是后悬架组件弹簧线性项刚度系数，k_r2是后悬架组件弹簧立方项刚度系数；b_f1为前悬架组件阻尼系数，b_r1为后悬架组件阻尼系数；k_f3为前轮胎的刚度系数，k_r3为后轮胎的刚度系数；b_f2为前轮胎的阻尼系数，b_r2为后轮胎的阻尼系数；B₁为第十一控制参数，B₂为第十二控制参数，B₃为第十三控制参数，B₄为第十四控制参数，B₅为第十五控制参数，B₆为第十六控制参数，B₇为第十七控制参数，B₈为第十八控制参数，B₉为第十九控制参数，B₁₀为第二十控制参数，z₀₁为前轮的路面输入位移，z₀₂为后轮的路面输入位移，Δy_fl为前观测悬架行程，Δy_rl为后观测悬架行程。