一种基于观测器的汽车横向稳定性与主动悬架多目标集成控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于观测器的汽车横向稳定性与主动悬架多目标集成控制方法，基于观测器在考虑时变的纵向速度的情况下构建增益调度的状态反馈控制器；考虑轮胎侧偏刚度为不确定变量，在受到执行器饱和与悬架设计限制的情况下，通过构建的状态反馈控制器计算需要提供的横摆力矩与主动悬架的控制力，控制质心侧偏角、横摆角速度、车身垂向加速度以及车身俯仰角角加速度该四个控制参数，从而提高汽车的操纵性能，改善汽车的横向稳定性能以及乘坐舒适性，降低汽车运行过程中发生危险情况的可能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于观测器的汽车横向稳定性与主动悬架多目标集成控制方法
本专利技术涉及汽车动力学控制的
，尤其涉及到一种基于观测器的汽车横向稳定性与主动悬架多目标集成控制方法。
技术介绍
随着汽车工业水平的提升，人们生活节奏的加快以及对物质生活的追求，中国的汽车保有量迅速上升，而随着汽车数量的増多，交通安全问题己经成为了一个社会性问题。同时，随着人们生活水平的提高，车辆的乘坐舒适性也受到了人们的关注。这些都促进了汽车动力学控制技术的发展。汽车的运动控制可划分为三种:控制汽车加减速特性的纵向运动控制、确保操纵性与横向稳定性的横向运动控制以及提升乘坐舒适性与行驶安全性的垂向运动控制。而在汽车横向与垂向动力学控制方面较突出的有汽车直接横摆力矩控制(简称DYC,DirectYaw-momentControl)与主动悬架系统(简称ASS,ActiveSuspensionSystem)，直接横摆力矩能够在车辆的各种行驶状态下通过对每个车轮的受力进行调节,产生横摆力矩,克服过多转向或不足转向,提高汽车在高速和恶劣道路等极限条件下行驶时的操纵稳定性；主动悬架本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于观测器的汽车横向稳定性与主动悬架多目标集成控制方法，其特征在于，基于观测器在考虑时变的纵向速度的情况下构建增益调度的状态反馈控制器；考虑轮胎侧偏刚度为不确定变量，在受到执行器饱和与悬架设计限制的情况下，通过构建的状态反馈控制器计算需要提供的横摆力矩与主动悬架的控制力，控制质心侧偏角、横摆角速度、车身垂向加速度以及车身俯仰角角加速度该四个控制参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于观测器的汽车横向稳定性与主动悬架多目标集成控制方法，其特征在于，基于观测器在考虑时变的纵向速度的情况下构建增益调度的状态反馈控制器；考虑轮胎侧偏刚度为不确定变量，在受到执行器饱和与悬架设计限制的情况下，通过构建的状态反馈控制器计算需要提供的横摆力矩与主动悬架的控制力，控制质心侧偏角、横摆角速度、车身垂向加速度以及车身俯仰角角加速度该四个控制参数。


2.根据权利要求1所述的一种基于观测器的汽车横向稳定性与主动悬架多目标集成控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集汽车参数；
S2、利用汽车的参数，建立包含参数不确定性的汽车动力学模型；
S3、在步骤S2建立的汽车动力学模型的基础上，引入状态观测器，得到基于观测器的状态反馈控制模型；
S4、基于步骤S3建立的状态反馈控制模型，求解观测器增益矩阵L(ρ)与状态反馈控制器增益矩阵K(ρ)；
S5、通过观测器增益矩阵L(ρ)与状态反馈控制器增益矩阵K(ρ)计算得出横摆力矩ΔMz和前后主动悬架控制力Fuf,Fur；
S6、通过横摆力矩ΔMz控制质心侧偏角和横摆角速度，通过前后主动悬架控制力Fuf,Fur控制车身垂向加速度和车身俯仰角角加速度。


3.根据权利要求2所述的一种基于观测器的汽车横向稳定性与主动悬架多目标集成控制方法，其特征在于，所述步骤S1采集的汽车参数包括固有参数和实时参数，其中：
固有参数：包括汽车总质量m，汽车簧载质量ms，汽车前后非簧载质量musf,musr，横摆转动惯量Iz，前、后轴到汽车重心的距离lf、lr，前、后轮的侧偏刚度Cyf、Cyr，前后侧的悬架等效阻尼系数Csf、Csr；
实时参数：包括前轮转向角δ，汽车纵向速度Vx，横摆角速度r，质心侧偏角β，汽车簧载部分前后侧的垂向速度汽车前后非簧载部分的垂向速度汽车前后侧的悬架动行程Zusf-Zsf，Zusr-Zsr，汽车前后轮的形变Zcf-Zusf，Zcr-Zusr。


4.根据权利要求2所述的一种基于观测器的汽车横向稳定性与主动悬架多目标集成控制方法，其特征在于，所述步骤S2建立包含参数不确定性的汽车动力学模型的具体过程包括：
建立线性二自由度汽车模型与半车主动悬架模型；
在线性二自由度汽车模型中，根据牛顿力学定律，可得到以下方程：






在上面的方程中：
Fyf＝Cyfαf,Fyr＝Cyrαr



其中，m为汽车总质量，β为汽车质心侧偏角，r为横摆角速度，为横摆角加速度，Fyf和Fyr分别为前、后轮的侧向力，Iz为车身转动惯量，lf、lr分别为前后轴到汽车重心的距离，ΔMz为横摆力矩，Vx为汽车纵向速度，Cyf、Cyr分别为前后轮胎的侧偏刚度，αf,αr分别为前、后轮侧偏角；
在半车主动悬架模型中，












上式中，Zs和θ分别为车身的垂向位移与俯仰角，Zsf,Zsr和Zusf,Zusr分别为前后簧载与非簧载部分的垂向位移，和分别为前后簧载与非簧载部分的垂向速度，Zcf,Zcr分别为前后轮的路面垂向变化，Fuf,Fur分别为前后主动悬架控制力，Ksf,Ksr与Ktf,Ktr分别为前后侧悬架和轮胎的等效弹簧系数，Csf、Csr分别为前后侧的悬架等效阻尼系数，为车身的垂向加速度，Ip为俯仰转动惯量，为车身的俯仰角加速度，分别为前后非簧载部分的垂向加速度；
针对控制器设计设定状态变量，得到如下汽车多向动力学控制模型：


















上式中，
汽车的侧偏刚度Cyf和Cyr的不确定性是由道路和车辆状态变化引起的，设置不确定变化侧偏刚度引起的不确定性为：
Cyf＝C0yf+ΔCyf＝C0yf+ηfΔCfm,
Cyr＝C0yr+ΔCyr＝C0yr+ηrΔCrm.
上式中，C0yf，C0yr分别为Cyf，Cyr的标称值，ΔCfm,ΔCfm分别为Cyf，Cyr的最大变化值，ηf,ηr为不确定系数，且满足|ηf|≤1,|ηr|≤1；
同时，考虑在范围内变化的时变纵向速度选取辅助参数选取规定辅助参数变化范围的多胞体MPRS的各顶点为：



ρ的所有变化值都可用上述四个顶点与系数αi,i＝1,2,3,4.表示，αi可表示为：






因此，得到基于LPV的汽车动力学模型：



上式中：















...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁仁全，罗佳维，李攀硕，周琪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44