[发明专利]一种整车电控悬架系统的主动容错控制方法

权利要求书

1.一种整车电控悬架系统的主动容错控制方法，其特征包括：

步骤1、利用式(1)建立整车电控悬架系统的动力学模型的状态方程；

式(1)中，A为系统矩阵，B为控制矩阵，F为路面扰动输入矩阵，C为输出矩阵，D为传递矩阵，w表示悬架控制力矢量，并由式(2)得到；为路面的随机激励矢量z_t的导数，且z_t由式(3)得到；表示状态向量x的导数，且x＝[x₁ x₂ x₃ x₄]^T，并利用式(4)得到，y为输出状态向量，且y＝[y₁ y₂ y₃]^T，并利用式(5)得到：

w＝[F_MR1 F_MR2 F_MR3 F_MR4]^T (2)

z_t＝[q₁ q₂ q₃ q₄]^T (3)

式(2)中，F_MRi表示第i个车轮的电控悬架的控制力，i＝1,2,3,4；

式(3)中，q_i表示第i个车轮处来自路面的随机激励，i＝1,2,3,4；

式(4)中，x₁,x₂,x₃,x₄分别表示状态向量x的4个分量；H表示转换矩阵，并由式(6)得到；表示车身的动力学响应矢量z_c的导数，且z_c由式(7)得到；表示非簧载质量的垂向位移矢量z_us的导数，且z_us由式(8)得到；

式(5)中，y₁,y₂,y₃分别表示输出状态向量y的3个分量；表示车身的动力学响应矢量z_c的二阶导数；

z_c＝[z_g α β]^T (7)

z_us＝[z_us1 z_us2 z_us3 z_us4]^T (8)

式(6)中，l₁和l₂分别表示质心到右轮和左轮的距离；a和b分别表示质心到前后轴的距离；

式(7)中，z_g表示车身的垂向运动位移；β表示车身的俯仰角；α表示车身的侧倾角；

式(8)中，z_usi表示第i个车轮的垂向位移；i＝1,2,3,4；

步骤2、传感器系统故障时的主动容错控制；

步骤2.1、设传感器系统中共有m个测量值，将m个测量值分成m个不同的组合，且任意第σ个组合中不包括m个测量值中的第σ个测量值，从而使得每个组合中仅包含m-1个测量值；σ∈[1,m]；

将每个组合分别作为m个卡尔曼滤波器的输入，利用卡尔曼滤波器对传感器系统的状态进行估计，得到状态估计值，并与其输入比较后得到残差r；对残差r进行加权平方和处理，得到处理后的残差WSSR；

步骤2.2、在无故障且无噪声干扰的条件下，残差为零；故障发生后，通过将加权平方和处理后的残差WSSR与设定的理想阈值η^*的比较，若残差WSSR大于理想阈值η^*，则表示发生故障，否则，表示无故障发生；

步骤2.3、当无故障发生时，卡尔曼滤波器直接将传感器系统的测量值输出；当有故障发生时，卡尔曼滤波器根据状态估计值对故障传感器输出的测量值进行重构；将无故障的传感器测量值或经过重构的测量值输入到控制器中；

步骤3、考虑整车行驶平顺性和操纵稳定性的电控悬架控制器的混合控制策略；

利用式(9)建立控制器的混合控制策略表达式：

F_d＝εF₁+(1-ε)F₂ (9)

式(9)中，ε为加权系数，F_d表示混合控制策略的控制力，F₁和F₂分别表示侧重于行驶平顺性和侧重于操纵稳定性的两种控制策略的控制力；

根据输入所述控制器中的传感器测量值并结合车辆实际运行工况，改变加权系数ε并得到控制力F_d后，经电驱动传递给执行器，使得车辆在“操纵稳定性”和“行驶平顺性”之间切换；

步骤4、判断电控悬架系统执行器和控制器是否同时发生故障：

计算电控悬架的实际动力学响应与理论值之间的偏差δ；若δ＞δ₁，则判断执行器和控制器均发生故障或控制器发生故障，对驾驶员报警提示；若δ₂＜δ＜δ₁，则判断执行器发生故障；若δ＜δ₂，则判断执行器和控制器均无故障发生，其中δ₁和δ₂为所设定的两个阈值，且δ₁＞δ₂；

步骤5、执行器故障时的主动容错控制；

步骤5.1：建立执行器的故障模型；

当执行器发生增益变化故障时，利用式(10)建立执行器的故障输出：

U_mi＝(1-λ_i)U_i (10)

式(10)中，U_mi表示第i个执行器的故障输出值，U_i表示第i个执行器的无故障输出值，λ_i表示执行器发生增益变化故障时的程度，且λ_i∈[0 1]；i＝1,2,3,4分别表示四个不同的执行器序号；

步骤5.2：在确定故障发生之后，根据电控悬架的实际动力学响应与理论值之间的偏差e与控制参数的修正系数的正比关系，按照模糊规则对执行器的逆模型的控制参数进行修正补偿，以减少执行器的输出误差。