一种具有时变位移约束的汽车主动座椅悬架系统控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种具有时变位移约束的汽车主动座椅悬架系统控制方法，涉及汽车座椅安全性技术领域。该方法首先建立非线性不确定主动座椅悬架系统的时变位移约束数学模型，然后根据该模型，设计自适应反步递推控制器；采用障碍Lyapunov函数对引入时变位移约束的主动座椅悬架系统进行验证；最后调节自适应反步递推控制器的控制增益参数，实现该主动座椅悬架系统的时变位移约束控制目标。本发明专利技术提高了驾驶舒适性，保证了系统在存在不确定参数的情况下，仍然能够达到稳定可控的效果，解决了非线性不确定主动座椅悬架系统的垂直位移约束问题。

A Control Method for Automotive Active Seat Suspension System with Time-varying Displacement Constraints

The invention provides a control method of an automobile active seat suspension system with time-varying displacement constraint, which relates to the technical field of automobile seat safety. The method first establishes a time-varying displacement constraint mathematical model of the nonlinear uncertain active seat suspension system, and then designs an adaptive backstepping recursive controller based on the model. The obstacle Lyapunov function is used to validate the active seat suspension system with time-varying displacement constraint. Finally, the control gain parameters of the adaptive backstepping recursive controller are adjusted to realize the active seat suspension. Time-varying displacement constrained control objective of frame system. The invention improves driving comfort, ensures that the system can still achieve stable and controllable effect in the presence of uncertain parameters, and solves the problem of vertical displacement constraint of the non-linear uncertain active seat suspension system.

【技术实现步骤摘要】
一种具有时变位移约束的汽车主动座椅悬架系统控制方法
本专利技术涉及汽车座椅安全性
，尤其涉及一种具有时变位移约束的汽车主动座椅悬架系统控制方法。
技术介绍
汽车早已成为现代人出行必不可少的交通工具之一。随着时代的不断进步与汽车工业的飞速发展，人们对汽车的关注不仅仅局限于其动力性与经济性，同时越来越注重汽车的舒适性问题。众所周知，汽车在行驶过程中会遭受振动以及路面冲击等问题，为降低振动和冲击对人体身心健康造成的危害，车身悬架系统，驾驶室悬架系统和座椅悬架系统等多被应用于汽车上。由道路粗糙、路面不平整和机械工具等恶劣情况造成的振动一般经过轮胎或履带传递到汽车上，再经过车身悬架系统，驾驶室悬架系统传递到驾驶室，最后经过座椅传递给人体。因此，座椅悬架作为隔振的最后一环，在保证舒适性和乘坐安全性的同时，对隔离振动和冲击起着重要作用。汽车座椅悬架系统主要由基座、上底板、坐垫、导向杆、弹簧、阻尼器和限位块等部件组成。汽车座椅悬架系统一般分为被动式座椅悬架系统、半主动式座椅悬架系统和主动式座椅悬架系统。座椅悬架系统的控制问题，一直是座椅悬架研究的热点问题。在现有的座椅悬架系统方法中，主要存在两方面的问题：第一，现有方法主要是将系统中的不确定性理想化为参数线性化，为了使系统的分析与设计更加简便，经常将被控对象的模型视为严格已知，并将未知参数视为关于未知函数的线性形式，从而得到近似线性化的模型。事实上，汽车座椅悬架系统是典型的非线性动态系统，理想化后的模型会降低系统控制精度，因此上述假设情况很难实现。第二，无法满足汽车主动式座椅悬架系统中的位移约束控制。目前对无约束汽车座椅悬架系统的研究已非常成熟，但是约束无处不在，对于汽车座椅悬架系统而言，约束的存在使得无约束系统控制方法不能很好地应用到有约束系统中，此外，违反位移约束条件可能会降低座椅悬架控制系统的性能，甚至导致系统不稳定。因此，对具有约束的座椅悬架系统研究具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种具有时变位移约束的汽车主动座椅悬架系统控制方法，能有效抑制人体振动，提高乘坐舒适性。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种具有时变位移约束的汽车主动座椅悬架系统控制方法，包括以下步骤：步骤一、建立非线性不确定主动座椅悬架系统的时变位移约束数学模型；步骤二、根据非线性不确定主动座椅悬架系统的时变位移约束数学模型，设计自适应反步递推控制器；步骤三、采用障碍Lyapunov函数对引入时变位移约束的主动座椅悬架系统进行验证；步骤四、调节自适应反步递推控制器的控制增益参数，实现该主动座椅悬架系统的时变位移约束控制目标。所述步骤一具体包括以下内容：主动座椅悬架系统动力学模型如下：其中，Mb是人体质量，Ms是座椅质量；kc和cc分别为弹簧组件的刚度系数和阻尼系数；kf为座椅悬架的弹簧刚度系数；zv表示底部位移；zb与zs分别表示人体位移和座椅悬架位移；表示座椅悬架所受摩擦力，zd是悬架系统的摩擦位移，v是悬架偏转率，ξd、ηd、Ad是模型的摩擦系数；u代表主动座椅悬架系统的输入力；定义状态变量x1＝zb，x3＝zs以及则上述动力学模型(1)的状态空间形式为：其中，系统中光滑的未知函数为f1(x)＝(-kcx1-ccx2+ccx4)/Mb+(kc/Mb-β1)x3与f2(x)＝[kcx1+ccx2-(kc+kf)x3-ccx4+kfzv-fr]/Ms；β1＝kc/Mb和β2＝1/Ms均代表系统中的已知参数。所述步骤二具体包括以下内容：(一)设计虚拟控制器α1，如下式所示：其中，z1为跟踪误差，z1＝x1-yd；k1为正的常数；且ω为正常数；kb1是时变光滑函数；(二)设计虚拟控制器α2和α3以及自适应律分别如下三式所示：其中，z2、z3为动态误差，z2＝x2-α1，z3＝x3-α2；μ1、k2、k3、Γ1均为正的常数；为激活函数，且的估计值，Θ1为第一个神经网络的权值，N1为一个正的常数；(三)设计自适应反步递推控制器u及自适应律使得系统在含有不确定性参数和未知函数的情况下，仍然可以达到稳定状态；控制器u及自适应律分别如下两式所示，其中，z4为动态误差，z4＝x4-α3；k4、μ2、Γ2均为正的常数；ξ2(Z2)为激活函数，且为W2＝||Θ2||2的估计值，Θ2为第二个神经网络的权值；选取如下的障碍Lyapunov函数：其中：利用杨氏不等式并结合式(3)～式(8)，对式(9)进行处理，有：即其中，所述步骤三中采用障碍Lyapunov函数对引入时变位移约束的汽车主动座椅悬架控制器的闭环系统进行验证，考虑(11)式，在不等式两侧同乘并进行整理，即：整合上述不等式，并将其在[0，t]上进行积分，得到如下不等式：将代入式(13)中，即有由上式得因而有所以存在紧集使得跟踪误差信号收敛到零的邻域内。所述步骤四中的自适应反步递推控制器的控制增益参数调试过程：k1＞0，k2＞0，k3＞0以及k4＞0，保证位移信号具有良好的跟踪性能，并且不违背时变约束界，同时保证跟踪误差收敛于零。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：考虑到实际车辆座椅悬架中存在参数不确定性和人体的垂直动态响应，本专利技术提供一种具有时变位移约束的汽车主动座椅悬架系统控制方法，该方法提高了驾驶舒适性，保证了系统在存在不确定参数的情况下，仍然能够达到稳定可控的效果，解决了非线性不确定主动座椅悬架系统的垂直位移约束问题。本专利技术通过建立汽车主动座椅悬架系统模型，解决了系统不确定性参数关于系统函数的非线性化的问题，并且利用自适应反步递推设计方法设计自适应控制器；在系统中存在参数不确定的情况下，本专利技术所设计的控制方法实现了人体位移的有效抑制目标，同时使系统达到稳定状态。附图说明图1为本专利技术实施例提供的具有时变位移约束的汽车主动座椅悬架系统控制方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的汽车主动座椅悬架系统的模型图；图3为本专利技术实施例提供的时变位移约束下系统位移的跟踪轨迹性能曲线；图4为本专利技术实施例提供的人体加速度随时间的响应曲线图；图5为本专利技术实施例提供的控制器控制输入响应图；图6为本专利技术实施例提供的自适应律响应曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示，本实施例的方法如下所述。步骤一、建立非线性不确定主动座椅悬架系统的时变位移约束数学模型。所建立非线性不确定主动座椅悬架系统的时变位移约束数学模型为：其中，Mb是人体质量；Ms是座椅质量；kc和cc分别为弹簧组件的刚度系数和阻尼系数；kf为座椅悬架的弹簧刚度系数；zv表示底部位移；zb与zs分别表示人体位移和座椅悬架位移；表示座椅悬架所受摩擦力，zd是悬架系统的摩擦位移，v是悬架偏转率，ξd、ηd、Ad是模型的摩擦系数；u代表主动座椅悬架系统的输入力。汽车主动座椅悬架系统的模型如图2所示。定义状态变量x1＝zb，x3＝zs以及那么，上述动力学方程(1)可以写成如下的状态空间形式：其中，系统中光滑的未知函数为f1(x)＝(-kcx1-ccx2+ccx4)/Mb+(kc/Mb-β１)x3与f2(x)＝[kcx1+ccx2-(kc+kf)x3-ccx4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有时变位移约束的汽车主动座椅悬架系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、建立非线性不确定主动座椅悬架系统的时变位移约束数学模型；步骤二、根据非线性不确定主动座椅悬架系统的时变位移约束数学模型，设计自适应反步递推控制器；步骤三、采用障碍Lyapunov函数对引入时变位移约束的主动座椅悬架系统进行验证；步骤四、调节自适应反步递推控制器的控制增益参数，实现该主动座椅悬架系统的时变位移约束控制目标。

【技术特征摘要】
1.一种具有时变位移约束的汽车主动座椅悬架系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、建立非线性不确定主动座椅悬架系统的时变位移约束数学模型；步骤二、根据非线性不确定主动座椅悬架系统的时变位移约束数学模型，设计自适应反步递推控制器；步骤三、采用障碍Lyapunov函数对引入时变位移约束的主动座椅悬架系统进行验证；步骤四、调节自适应反步递推控制器的控制增益参数，实现该主动座椅悬架系统的时变位移约束控制目标。2.根据权利要求1所述的具有时变位移约束的汽车主动座椅悬架系统控制方法，其特征在于：所述步骤一具体包括以下内容：主动座椅悬架系统动力学模型如下：其中，Mb是人体质量，Ms是座椅质量；kc和cc分别为弹簧组件的刚度系数和阻尼系数；kf为座椅悬架的弹簧刚度系数；zv表示底部位移；zb与zs分别表示人体位移和座椅悬架位移；表示座椅悬架所受摩擦力，zd是悬架系统的摩擦位移，v是悬架偏转率，ξd、ηd、Ad是模型的摩擦系数；u代表主动座椅悬架系统的输入力；定义状态变量x1＝zb，x3＝zs以及则上述动力学模型(1)的状态空间形式为：其中，系统中光滑的未知函数为f1(x)＝(-kcx1-ccx2+ccx4)/Mb+(kc/Mb-β1)x3与f2(x)＝[kcx1+ccx2-(kc+kf)x3-ccx4+kfzv-fr]/Ms；β1＝kc/Mb和β2＝1/Ms均代表系统中的已知参数。3.根据权利要求2所述的具有时变位移约束的汽车主动座椅悬架系统控制方法，其特征在于：所述步骤二具体包括以下内容：(一)设计虚拟控制器α1，如下式所示：其中，z1为跟踪误差，z1＝x1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳军，陈爱青，刘磊，李大鹏，
申请(专利权)人：辽宁工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21