一種基于自適應控制的汽車主動懸架的抗飽和控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及汽車主動懸架的方控制方法，特別涉及懸架執行器的抗飽和設計。
【背景技術】
[0002] 汽車懸架主要用于隔離車輛運行時遭受路面不平的干擾，提高車輛駕駛的舒適性 而設計。相比于傳統的被動懸架和半主動懸架系統，主動懸架系統在控制車體的性能方面 更加優越。
[0003] 懸架系統通常主要包括彈簧和減震器幾個部分。車輛懸架系統本身和應用的環境 中存在大量的非線性因素和不確定性因素，主要包括以下兩個部分：
[0004] 一、車輛懸架系統的各個部件本身表現出非線性。例如：懸架系統中的彈簧承載能 力是有限的，超出一個臨界值后，彈簧的輸出力體現非線性的特點。
[0005] 二、車輛懸架系統的運行環境同樣存在著大量的不確定因素，這些不確定因素包 括：乘客數量的不確定性，外來的擾動等。
[0006] 這些非線性和不確定因素給車輛懸架系統的數學建模帶來了極大的困難，同時也 增加了車體懸架系統控制器的設計難度。面對這些存在的問題，現在很多的懸架系統控制 器的設計者，采用被動懸架控制方法，來提高懸架系統的性能。但這些方法都存在一些問 題：
[0007] -、傳統的被動懸架系統，設計時只對懸架系統的彈簧和阻尼器進行設計，雖然設 計的方法簡單易行，但不能很好的克服車體中存在的非線性因素。被動懸架系統只能對特 定的擾動進行隔離，無法滿足高效的提高懸架系統的性能要求。
[0008] 二、對于執行器飽和的幅值要求事先已知。執行器出廠時會標出執行器最大的輸 入力，但是，執行器在隨著工況的改變，會發生一定改變，導致執行器的飽和幅值變得不可 知。現有的控制算法假設執行器的輸出力可測的，同時假設了最大輸出力已知，這在實際的 應用中存在著很大的困難。

【發明內容】

[0009] 本發明的目的是為了解決現有技術需要考慮執行器的輸出力可測，執行器飽和值 已知和被動控制方法不能很好的解決懸架系統中存在的非線性的問題，而提出的一種基于 自適應控制的汽車主動懸架的抗飽和控制方法。
[0010] 上述的發明目的是通過以下技術方案實現的：
[0011] 步驟一、建立飽和執行器數學模型；
[0012] 標準的飽和執行器數學模型如下：
[0014] 其中，Umax代表執行器輸出力的最大值，U _代表執行器輸出力的最小值，執行器的 輸入V ;
[0015] (I)、當v = umax和v = umin時，建立分段光滑函數用作近似逼近飽和函數：
[0017] 因此，公式（1)改寫成：
[0018] u = sat ( V ) = g ( V ) +ds ( V )
[0019] 其中，ds( v ) = sat( v )-g( v )是一個有界函數，ds( v ) = sat( v )-g( v )的界 估算為：
[0021] (2)、根據中值定理可知，對于任意輸入參數V。，存在一個正數μ (0〈 μ〈1)使得：
[0026] 通過選擇ν。= 0,公式（2)改寫成以W ?,Λ'
[0027] 根據⑵中的％和公式（3)可知，存在一個未知的正數gni使得G l $ 1
[0028] 因此，建立飽和執行器數學模型如下：
[0030] 步驟二、建立具有飽和執行器1/4的汽車主動懸架系統的非線性模型；
[0031] 步驟三、利用飽和執行器1/4的汽車主動懸架系統的非線性模型設計抗飽和控制 器；
[0032] 步驟四、采用Lyapunov函數法對抗飽和控制器進行檢驗。
[0033] 發明效果
[0034] 本發明通過設計抗飽和控制器，實現對車輛懸架系統特殊情況下執行器飽和的補 償。提供了一種設計懸架建模的抗飽和控制器的新方法。
[0035] 本發明設計的抗飽和控制器，考慮了車體懸架系統執行器在飽和非線性下的運行 情況。眾所周知，任何執行器的輸出力都是有一定范圍的，超過這個范圍，就會出執行器輸 出力飽和的現象。執行器發生飽和會使得系統的性能惡化，嚴重情況下，會造成系統的不穩 定。所以，本發明考慮懸架系統在執行器飽和非線性的情況下，仍能正常運行，提高了車輛 的整體平穩性和駕駛員的舒適性。
[0036] 本發明提供了一種新方法，來設計車輛懸架系統的抗飽和控制器。針對車輛懸架 系統中存在的大量飽和非線性因素，應用Lyapunov穩定性判據和自適應的控制方法，完成 了懸架抗飽和控制器的設計。車輛的懸架系統應用抗飽和控制器，提高了車體的整體性能， 增強了駕駛員的舒適性。
[0037] 車輛行駛的過程中，路面不平帶來的不確定性因素對車體的平穩性帶來了極大的 影響。車輛懸架系統設計的主要目的就是為了減輕外部因素對車身整體的干擾。車輛懸架 系統的執行器可以調節的范圍有限，總會存在飽和的非線性因素。本發明應用自適應控制 理論，充分考慮了各種執行器可能存在的飽和現象，設計出抗飽和的懸架系統控制器。抗飽 和控制器使車輛懸架系統的性能明顯增強，提高了車體的平穩性和舒適性。
【附圖說明】
[0038] 圖1為【具體實施方式】一提出的抗飽和控制器設計流程圖；
[0039] 圖2為【具體實施方式】二提出的1/4汽車主動懸架實驗系統結構圖；
[0040] 圖3為實施例提出的車體垂直運動的位移響應曲線；
[0041] 圖4為實施例提出的車體垂直運動的加速度響應曲線；
[0042] 圖5為實施例提出的懸架控制器的輸出曲線圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0043] 一：本實施方式的一種基于自適應控制的汽車主動懸架的抗飽和控 制方法，具體是按照以下步驟制備的：
[0044] 步驟一、建立飽和執行器數學模型；
[0045] 標準的飽和執行器數學模型如下：
[0047] 通過飽和執行器函數可以看出，在執行器的輸入V <1!_或V彡u_的區間內， 執行器的輸出保持一個最大值或者最小值，具有一個明顯的非線性特點；執行器輸出的非 線性給整個懸架系統帶來了不穩定因素，影響懸架系統控制車輛的整體穩定性；
[0048] 其中，Umax代表執行器輸出力的最大值，U _代表執行器輸出力的最小值，執行器的 輸入V ;
[0049] (1)、當V =1!_和V =1!_時，飽和非線性有兩個非光滑拐點，為了處理這個非 光滑特性，建立分段光滑函數用作近似逼近飽和函數：
[0051] 因此，公式（1)改寫成：
[0052] u = sat ( v ) = g ( v ) +ds ( v )
[0053] 其中，ds( v ) = sat( v )-g( v )是一個有界函數，ds( v ) = sat( v )-g( v )的界 估算為：
[0055] (2)、根據中值定理可知，對于任意輸入參數v。，存在一個正數μ (0〈 μ〈1)使得：
[0060] 通過選擇V。= 〇,公式⑵改寫成
[0061] 根據⑵中的心和公式⑶可知，存在一個未知的正數gni使得 [0062] 因此，建立飽和執行器數學模型如下：
[0064] 步驟二、建立具有飽和執行器1/4的汽車主動懸架系統的非線性模型；
[0065] 步驟三、利用飽和執行器1/4的汽車主動懸架系統的非線性模型設計抗飽和控制 器；
[0066] 步驟四、采用Lyapunov(李亞普諾夫）函數法對抗飽和控制器進行檢驗如圖1。
[0067] 本實施方式效果：
[0068] 本實施方式通過設計抗飽和控制器，實現對車輛懸架系統特殊情況下執行器飽和 的補償。提供了一種設計懸架建模的抗飽和控制器的新方法。
[0069] 本實施方式設計的抗飽和控制器，考慮了車體懸架系統執行器在飽和非線性下的 運行情況。眾所周知，任何執行器的輸出力都是有一定范圍的，超過這個范圍，就會出執行 器輸出力飽和的現象。執行器發生飽和會使得系統的性能惡化，嚴重情況下，會造成系統的 不穩定。所以，本實施方式考慮懸架系統在執行器飽和非線性的情況下，仍能正常運行，提 高了車輛的整體平穩性和駕駛員的舒適性。
[0070] 本實施方式提供了一種新方法，來設計車輛懸架系統的抗飽和控制器。針對車輛 懸架系統中存在的大量飽和非線性因素，應用Lyapunov穩定性判據和自適應的控制方法， 完成了懸架抗飽和控制器的設計。車輛的懸架系統應用抗飽和控制器，提高了車體的整體 性能，增強了駕駛員的舒適性。
[0071] 車輛行駛的過程中，路面不平帶來的不確定性因素對車體的平穩性帶來了極大的 影響。車輛懸架系統設計的主要目的就是為了減輕外部因素對車身整體的干擾。車輛懸架 系統的執行器可以調節的范圍有限，總會存在飽和的非線性因素