【技术实现步骤摘要】
一种基于命令滤波的车辆主动悬架协调抗饱和控制方法
本专利技术涉及汽车控制
，尤其是一种基于命令滤波的车辆主动悬架协调抗饱和控制方法。
技术介绍
因为主动悬架可以通过控制算法来控制输出的主动力，通过设计主动力可以有效的降低车身垂直加速度，悬架动行程以及轮胎的动静载荷比，相比于被动悬架和半主动悬架，主动悬架能够有效的提高车辆行驶的平顺性、行驶安全性等，因此主动悬架在汽车领域中逐渐取代了被动悬架和半主动悬架。随着主动悬架的不断普及，其所带来的问题也值得对其进行深一步的研究，考虑主动悬架输出的主动力，由于实际中存在的诸多的不确定因素，不确定扰动等因素的影响，执行器要输出更大的主动力来减小外部扰动的影响，但是在实际应用中往往效果不理想，这是因为受到执行器幅值饱和的影响，如果不解决执行器幅值饱和的影响将会使得控制效果恶化。因此有必要考虑主动悬架的输出饱和问题。主动悬架是一个复杂的非线性动力学系统，所以建立合适的非线性主动悬架模型是很有必要的。由于车辆载重是一个变值，因此有必要考虑主动悬架中的不确定参数问题。主动悬架系统中，...
【技术保护点】
1.一种基于命令滤波的车辆主动悬架协调抗饱和控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤一：建立二自由度非线性主动悬架模型；/n步骤二：根据步骤一所建立的悬架数学模型推理协调抗饱和控制器所需要的公式，并进行稳定性证明；/n步骤三：控制器参数调节和仿真结果对比。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于命令滤波的车辆主动悬架协调抗饱和控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：建立二自由度非线性主动悬架模型；
步骤二：根据步骤一所建立的悬架数学模型推理协调抗饱和控制器所需要的公式，并进行稳定性证明；
步骤三：控制器参数调节和仿真结果对比。
2.根据权利要求1所述的一种基于命令滤波的车辆主动悬架协调抗饱和控制方法，其特征在于：所述步骤一包括以下步骤：
Ⅰ、根据牛顿第二定律建立主动悬架的动力学模型：
在式(1)中，Fc,Fk,Ft,Fb的表达式如下所示：
Fk＝kk(zs-zu)+kkn(zs-zu)
Ft＝kt(zu-z0)
其中在悬架动力学模型中，ms表示悬架簧载质量，mu表示悬架非簧载质量，Fc表示悬架的非线性阻尼力，Fk表示悬架的非线性刚度，Ft表示轮胎的刚度，Fb表示轮胎的阻尼，uz表示主动悬架的输出力，kk表示悬架线性刚度系数，kkn表示悬架刚度的非线性洗漱，kt表示轮胎刚度系数，bf表示轮胎阻尼系数，zs表示车身垂直位移，zu表示轮胎垂直位移，z0表示路面输入；
Ⅱ：将动力学模型抽象成悬架的数学模型：
首先将动力学模型写成状态空间表达式的形式：
建立车辆主动悬架的空间状态表达式，定义状态变量如下所示：
将式(1)的动力学方程改写为：
定义θ1＝1/ms为系统的不确定参数；
为了便于控制器的设计，引入以下引理：
Lemma1
存在γc＞0,以及控制器参数k＞0，满足下列式子，状态误差z1满足H∞性能，d表示外部扰动；
Lemma2
命令滤波定义如下：
其中φ1(0)＝β1(0)，φ2(0)＝0，φ1，φ2是命令滤波器的输出，β1是命令滤波器的输入；对于t＞0，如果输入信号β1满足|β1|≤η1，η1，η21是正常数，存在0＜ζn＜1，ωn＞0，可以使得|φ1-β1|≤κ1，是有界的；
Lemma3
对于任意的正数λi，当|vi|＜λi时，满足以下不等式：
式(2)即为二自由度主动悬架的数学模型，针对该主动悬架数学模型设计协调抗饱和控制器。
3.根据权利要求1所述的一种基于命令滤波的车辆主动悬架协调抗饱和控制方法，其特征在于：所述步骤二包括以下内容：
根据步骤一所建立的悬架数学模型设计协调抗饱和控制器，所述控制器的控制目标包括：①协调控制车身垂直加速度和悬架动行程：因为悬架中的车身垂直加速度和悬架动行程二者之间的互相冲突，需通过协调控制车身垂直加速度和悬架动行程来提高乘坐舒适性和操作稳定性；②设计抗饱和补偿器：能够有效的降低主动悬架输出的主动力饱和问题，进而提高悬架系统的整体性能；
S1：设计协调抗饱和控制器，稳定车身运动状况：
令x1＝zs,x3＝zu,
x1表示第一个状态变量，x2表示第二个状态变量，x3表示第三个状态变量，x4表示第四个状态变量；
设计主动悬架的抗饱和输出力为：
式中Fm＝-Fc-Fk,k2＞0,g1＞0k2,g1均为控制器的设计参数，是经命令滤波求取的虚拟控制变量的导数；z2是定义的状态变量，v1是定义的误差补偿，e2是定义的辅助误差变量，是θ1的估计值，θ1＝1/ms，ysm是设置的悬架动行程所允许的最大值；
S2：证明协调抗饱和控制器的稳定性。
4.根据权利要求3所述的一种基于命令滤波的车辆主动悬架协调抗饱和控制方法，其特征在于：所述S1中协调抗饱和控制器的设计过程具体包括以下步骤：
S11、协调控制车身垂直加速度与悬架动行程之间的关系：
定义悬架动行程为：
Y1＝zs-zu＝x1-x3
由于物理机械结构的限制，悬架的使用寿命，因此悬架的动行程应该被限制在合理的范围之内：
Y1≤ysm＜Δysmax
式中ysm为本专利所设置的悬架动行程的最大范围，所设置的悬架动行程的最大范围小于悬架动行程的最大允许值，这样的设置，可以有效的改善悬架动行程，提高车辆行驶的平顺性；
为了协调控制车身的垂直加速度与悬架动行程之间的关系，设计如下的非线性滤波器：
式中ε1为较小的正数，k3为非线性滤波器的设计参数，状态x3经过滤波后得到ψ1(Y1)是悬架动行程函数，定义如下：
式中λ1为设计参数，在式(3)中相比ψ1(Y1)变化缓慢，因此在滤波器方程中，将ψ1(Y1)看做常数处理，可得：
当悬架动行程在给定的范围内时，即Y1≤ysm，可得ψ1(Y1)＝0，此时有：
此时是低通滤波器，x3将无法通过，控制器的主要作用是调节车身垂直加速度；而当悬架动行程超出本专利所规定的范围时，此时有：
此时是高通滤波器，此时控制器的主要作用将调节悬架前后轮的动行程；
S12、设计协调抗饱和控制器，定义状态误差如下：
<...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘爽，郝若兰，赵丁选，巩明德，倪涛，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13
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