一種具有死區(qū)執(zhí)行器的主動汽車懸架控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及主動汽車懸架控制方法，特別設及一種具有死區(qū)執(zhí)行器的主動汽車懸 架控制方法。
【背景技術】
[0002] 汽車早已成為現代人不可缺少的交通工具。伴隨著汽車的不斷普及，各種最新的 科學技術不斷應用到汽車中。汽車工業(yè)的每一次飛躍，都在提升汽車的整體性能，完善整個 汽車行業(yè)體系的發(fā)展。
[0003] 汽車懸架系統(tǒng)主要是指車體和輪胎之間的裝置。懸架系統(tǒng)的主要功能在于牢固的 連接和有效的減震，從而提高車輛行駛的安全性和乘坐人員的舒適性。汽車懸架系統(tǒng)一般 分為被動懸架系統(tǒng)，半主動懸架系統(tǒng)和主動懸架系統(tǒng)。主動懸架系統(tǒng)與前兩種懸架系統(tǒng)相 比，含有可W輸出力矩的執(zhí)行器。跟只有彈黃和阻尼器的前兩種懸架系統(tǒng)相比，主動懸架系 統(tǒng)可W調節(jié)的范圍更寬，車輛整體的安全性和舒適性得到了提升。
[0004] 主動懸架系統(tǒng)功能的核屯、在于其執(zhí)行器，但由于實際應用的執(zhí)行器，含有死區(qū)非 線性問題。死區(qū)是執(zhí)行機構中常見的現象。但是執(zhí)行器的死區(qū)非線性給懸架系統(tǒng)的控制帶 來了很大的困難，也限制了車輛整體的性能。
[0005] 執(zhí)行器的死區(qū)是主動懸架系統(tǒng)中主要的非線性問題，死區(qū)的存在會降低整個閉環(huán) 系統(tǒng)的性能，增加系統(tǒng)的誤差。在一定輸入條件下，含有死區(qū)的系統(tǒng)還會出現在系統(tǒng)中產生 自持震蕩，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。懸架系統(tǒng)必須保證車輛的安全與舒適。在執(zhí)行器條件有限的 前提下，就需要一個合理的死區(qū)補償控制器來提升懸架系統(tǒng)的性能。
[0006] 針對懸架的控制問題，一直是懸架研究的熱點課題。現有的懸架系統(tǒng)的有多種設 計方法，但是主要存在的問題有W下兩種：
[0007] -、一般在被動懸架系統(tǒng)中，根據懸架系統(tǒng)的特點是單靠彈黃和阻尼器件來實驗 對振動的抑制。運種方法在平整的路面上可W提升系統(tǒng)性能，保持汽車的安全與平穩(wěn)。但 在路面不平的路況下，無法達到保持舒適性的要求。
[0008] 二、針對實際的執(zhí)行器，執(zhí)行器的死區(qū)特性并沒有考慮在控制器的設計過程之中， 導致系統(tǒng)的實際性能有所降低。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明的目的是為了解決現有技術在路面不平的路況下，無法達到保持舒適性的 要求W及現有技術沒有考慮在控制器的設計過程之中，導致系統(tǒng)的實際性能有所降低的問 題，而提出的一種具有死區(qū)執(zhí)行器的主動汽車懸架控制方法。
[0010] 上述的發(fā)明目的是通過W下技術方案實現的：
[0011] 步驟一、建立主動懸架系統(tǒng)中執(zhí)行器死區(qū)的數學模型；
[0012] (1)執(zhí)行器的死區(qū)的數學模型如下：
[0013]
(η
[0014] 其中，br〉0,bi<0是兩個未知參數，V是執(zhí)行器的控制輸入，gi(V)為刻畫死區(qū)特 性的左斜坡特性，即V時的特性，gf(V)刻畫死區(qū)特性的右斜坡特性，即V時的 特性，gl(V)和gr(V)是未知光滑的非線性函數；
[001引 似在執(zhí)行器的死區(qū)的數學模型中，在VV的范圍里，執(zhí)行器的輸出 是非線性的，
[0016]假設死區(qū)左斜坡函數gi(V)和右斜坡函數gr(V)都是光滑的，則存在未知的參數 &V與1，A,·。和盡1滿足如下關系：
[001引其中，gi' (V)是函數gi(V)的導數，g'r(V)是函數gr(V)的導數；將函數gi(V)和gf(V)在區(qū)間化1,bj和比1,bf)做延伸定義：
[0020]gi(V) =g/ 化1) (v-bi)，Ve化i，br]， （4)
[002dgr(V) =g'r(bf) (V-bf),Ve比1,bf). 妨
[00過其中g/化1)是函數gi(V)在左端點bi處的導數值，g'r化r)是函數gr(V)在 右端點bf處的導數值；
[0023] (3)根據微分中值定理可知，一定存在一個常數ξ1(V)e(-cx^，bi)使得式化） 成立；
[0024]
(6)
[0025] 其中，gi化1)是函數gi(V)在左端點bi處的值，g/1(V))是函數gi(V)在 點ξ?(ν)處的導數值；
[0026]同理，根據微分中值定理得一定存在常數Cr(v)e也，+-)使得下式（7)成 立；
[0027]
巧）
[002引其中，gr化r)是函數gr(V)在右端點br處的值，g'r(ξr(V))是函數拓（V)在 點Cf(V)處的導數值；
[0029](4)主動懸架系統(tǒng)中含有死區(qū)特性的執(zhí)行器的數學模型：
[0030] U=DZ(V(t)) =PV+dd(V), (8)
[0031] 其中執(zhí)行器中的線性部分表示為：
[0032]P=KT(t)巫（t),
[0033] Φ(t) = [Φτ(ν),Φι(ν)]^
[0034]K(t)= [Kr(v)，Ki(v)]T， (9)
[0039] 其中，執(zhí)行器中的死區(qū)非線性誤差部分dd(v)表示為：
[0040] (12)
[00川其中，死區(qū)的非線性誤差部分是一個有界量，即K,(V')|<《；DZ(V(t))表示含 有死區(qū)特性執(zhí)行器的輸入，P代表執(zhí)行器的控制增益，dd(v)代表死區(qū)轉換模型（8)的誤 差部分；iC是一個有界常數；
[0042] 步驟二、建立具有死區(qū)特性執(zhí)行器的1/4的汽車主動懸架模型；
[0043] 步驟Ξ、利用死區(qū)特性執(zhí)行器的1/4的汽車主動懸架模型設計死區(qū)補償控制器；
[0044] 步驟四、采用Lyapunov函數對1/4汽車懸架系統(tǒng)中引入死區(qū)補償控制器后的閉環(huán) 系統(tǒng)進行驗證；即完成了一種具有死區(qū)執(zhí)行器的主動汽車懸架控制方法。
[004引發(fā)明效果
[0046] 本發(fā)明主要針對于懸架執(zhí)行器存在的死區(qū)非線性問題即主動懸架系統(tǒng)中存在的 執(zhí)行器死區(qū)問題，研究了一種控制方法，設計出了死區(qū)補償控制器?？刂破骱芎玫亟鉀Q了懸 架系統(tǒng)執(zhí)行器存在死區(qū)的問題，進而從根本上提升了主動懸架系統(tǒng)的調節(jié)范圍，增強了汽 車的整體性能。對于解決閉環(huán)系統(tǒng)中存在的死區(qū)問題有一定的借鑒意義。
[0047] 本發(fā)明主要針對于汽車的主動懸架系統(tǒng)而設計，解決了主動汽車懸架中經常存在 的執(zhí)行器含有非線性死區(qū)的問題。死區(qū)補償控制器，采用現代控制論的方法，通過對1/4汽 車懸架系統(tǒng)的整體建模，最終得到了合理的死區(qū)補償控制器模型。
[0048] 死區(qū)補償控制器有效地提高了汽車懸架系統(tǒng)調節(jié)車身平穩(wěn)性的范圍，從而提高了 整個汽車的安全性和舒適性（如圖3和圖4所示）。死區(qū)補償控制主要的作用對象是懸架 系統(tǒng)中的執(zhí)行器，執(zhí)行器產生非線性的原因有多種，主要是由于汽車承載的質量未知，外部 干擾和執(zhí)行器自身的限制。本發(fā)明所提出的死區(qū)補償控制方法，考慮了各種影響執(zhí)行器產 生非線性的因素，綜合懸架自身的特點，設計出了一套合理的解決方案，對于其他系統(tǒng)中含 有的非線性死區(qū)問題都有借鑒意義。
[0049] 死區(qū)補償控制器的應用，從根本上提升了主動懸架系統(tǒng)抗干擾的能力。懸架系統(tǒng) 性能的提升對于汽車整體性能的提升具有極大的效果，通過圖5觀察死區(qū)補償控制器的輸 出結果可W發(fā)現，控制器的控制信號十分靈敏，調節(jié)懸架執(zhí)行器的能力明顯增強。一個汽車 的懸架系統(tǒng)性能決定了整個汽車的價值含量，是現代汽車工業(yè)中重要的研究領域。本發(fā)明 所設計的死區(qū)補償控制器，提升了汽車的安全性，平穩(wěn)性和舒適性，對于主動汽車懸架的發(fā) 展有一定的意義。
【附圖說明】
[0050] 圖1為【具體實施方式】一提出的死區(qū)補償控制器的設計步驟流程圖；
[0051] 圖2為【具體實施方式】二提出的1/4汽車懸架系統(tǒng)的實驗平臺
[005引圖3為實施例提出的汽車受垂直干擾的位移響應，一一表示死區(qū)補償控制器響應 曲線，.........表示汽車被動懸架響應曲線
[0053] 圖4為實施例提出的汽車受垂直干擾的加速度響應，一一表示死區(qū)補償控制器響 應曲線，.........表示汽車被動懸架響應曲線
[0054] 圖5為實施例提出的死區(qū)補償控制器的輸出曲線，一一表示死區(qū)補償控制器輸出 曲線。
【具體實施方式】
[00巧]【具體實施方式】一：本實施方式的一種具有死區(qū)執(zhí)行器的主動汽車懸架控制方法， 具體是按照W下步驟制備的：
[0056] 死區(qū)補償控制器的設計應用現代控制理論中自適應性控制的方法，最后應用 Lyapunov穩(wěn)定原理進行驗證；
[0057] 步驟一、建立主動懸架系統(tǒng)中執(zhí)行器死區(qū)的數學模型；
[0058] (1)執(zhí)行器的死區(qū)的數學模型如下：
[0059] (1)
[0060] 其中，br〉0,bi<0是兩個未知參數，V是執(zhí)