一种基于自适应控制的汽车主动悬架的抗饱和控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车主动悬架的方控制方法，特别涉及悬架执行器的抗饱和设计。
【背景技术】
[0002] 汽车悬架主要用于隔离车辆运行时遭受路面不平的干扰，提高车辆驾驶的舒适性 而设计。相比于传统的被动悬架和半主动悬架系统，主动悬架系统在控制车体的性能方面 更加优越。
[0003] 悬架系统通常主要包括弹簧和减震器几个部分。车辆悬架系统本身和应用的环境 中存在大量的非线性因素和不确定性因素，主要包括以下两个部分：
[0004] 一、车辆悬架系统的各个部件本身表现出非线性。例如：悬架系统中的弹簧承载能 力是有限的，超出一个临界值后，弹簧的输出力体现非线性的特点。
[0005] 二、车辆悬架系统的运行环境同样存在着大量的不确定因素，这些不确定因素包 括：乘客数量的不确定性，外来的扰动等。
[0006] 这些非线性和不确定因素给车辆悬架系统的数学建模带来了极大的困难，同时也 增加了车体悬架系统控制器的设计难度。面对这些存在的问题，现在很多的悬架系统控制 器的设计者，采用被动悬架控制方法，来提高悬架系统的性能。但这些方法都存在一些问 题：
[0007] -、传统的被动悬架系统，设计时只对悬架系统的弹簧和阻尼器进行设计，虽然设 计的方法简单易行，但不能很好的克服车体中存在的非线性因素。被动悬架系统只能对特 定的扰动进行隔离，无法满足高效的提高悬架系统的性能要求。
[0008] 二、对于执行器饱和的幅值要求事先已知。执行器出厂时会标出执行器最大的输 入力，但是，执行器在随着工况的改变，会发生一定改变，导致执行器的饱和幅值变得不可 知。现有的控制算法假设执行器的输出力可测的，同时假设了最大输出力已知，这在实际的 应用中存在着很大的困难。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是为了解决现有技术需要考虑执行器的输出力可测，执行器饱和值 已知和被动控制方法不能很好的解决悬架系统中存在的非线性的问题，而提出的一种基于 自适应控制的汽车主动悬架的抗饱和控制方法。
[0010] 上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：
[0011] 步骤一、建立饱和执行器数学模型；
[0012] 标准的饱和执行器数学模型如下：
[0014] 其中，Umax代表执行器输出力的最大值，U _代表执行器输出力的最小值，执行器的 输入V ;
[0015] (I)、当v = umax和v = umin时，建立分段光滑函数用作近似逼近饱和函数：
[0017] 因此，公式（1)改写成：
[0018] u = sat ( V ) = g ( V ) +ds ( V )
[0019] 其中，ds( v ) = sat( v )-g( v )是一个有界函数，ds( v ) = sat( v )-g( v )的界 估算为：
[0021] (2)、根据中值定理可知，对于任意输入参数V。，存在一个正数μ (0〈 μ〈1)使得：
[0026] 通过选择ν。= 0,公式（2)改写成以W ?,Λ'
[0027] 根据⑵中的％和公式（3)可知，存在一个未知的正数gni使得G l $ 1
[0028] 因此，建立饱和执行器数学模型如下：
[0030] 步骤二、建立具有饱和执行器1/4的汽车主动悬架系统的非线性模型；
[0031] 步骤三、利用饱和执行器1/4的汽车主动悬架系统的非线性模型设计抗饱和控制 器；
[0032] 步骤四、采用Lyapunov函数法对抗饱和控制器进行检验。
[0033] 发明效果
[0034] 本发明通过设计抗饱和控制器，实现对车辆悬架系统特殊情况下执行器饱和的补 偿。提供了一种设计悬架建模的抗饱和控制器的新方法。
[0035] 本发明设计的抗饱和控制器，考虑了车体悬架系统执行器在饱和非线性下的运行 情况。众所周知，任何执行器的输出力都是有一定范围的，超过这个范围，就会出执行器输 出力饱和的现象。执行器发生饱和会使得系统的性能恶化，严重情况下，会造成系统的不稳 定。所以，本发明考虑悬架系统在执行器饱和非线性的情况下，仍能正常运行，提高了车辆 的整体平稳性和驾驶员的舒适性。
[0036] 本发明提供了一种新方法，来设计车辆悬架系统的抗饱和控制器。针对车辆悬架 系统中存在的大量饱和非线性因素，应用Lyapunov稳定性判据和自适应的控制方法，完成 了悬架抗饱和控制器的设计。车辆的悬架系统应用抗饱和控制器，提高了车体的整体性能， 增强了驾驶员的舒适性。
[0037] 车辆行驶的过程中，路面不平带来的不确定性因素对车体的平稳性带来了极大的 影响。车辆悬架系统设计的主要目的就是为了减轻外部因素对车身整体的干扰。车辆悬架 系统的执行器可以调节的范围有限，总会存在饱和的非线性因素。本发明应用自适应控制 理论，充分考虑了各种执行器可能存在的饱和现象，设计出抗饱和的悬架系统控制器。抗饱 和控制器使车辆悬架系统的性能明显增强，提高了车体的平稳性和舒适性。
【附图说明】
[0038] 图1为【具体实施方式】一提出的抗饱和控制器设计流程图；
[0039] 图2为【具体实施方式】二提出的1/4汽车主动悬架实验系统结构图；
[0040] 图3为实施例提出的车体垂直运动的位移响应曲线；
[0041] 图4为实施例提出的车体垂直运动的加速度响应曲线；
[0042] 图5为实施例提出的悬架控制器的输出曲线图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0043] 一：本实施方式的一种基于自适应控制的汽车主动悬架的抗饱和控 制方法，具体是按照以下步骤制备的：
[0044] 步骤一、建立饱和执行器数学模型；
[0045] 标准的饱和执行器数学模型如下：
[0047] 通过饱和执行器函数可以看出，在执行器的输入V <1!_或V彡u_的区间内， 执行器的输出保持一个最大值或者最小值，具有一个明显的非线性特点；执行器输出的非 线性给整个悬架系统带来了不稳定因素，影响悬架系统控制车辆的整体稳定性；
[0048] 其中，Umax代表执行器输出力的最大值，U _代表执行器输出力的最小值，执行器的 输入V ;
[0049] (1)、当V =1!_和V =1!_时，饱和非线性有两个非光滑拐点，为了处理这个非 光滑特性，建立分段光滑函数用作近似逼近饱和函数：
[0051] 因此，公式（1)改写成：
[0052] u = sat ( v ) = g ( v ) +ds ( v )
[0053] 其中，ds( v ) = sat( v )-g( v )是一个有界函数，ds( v ) = sat( v )-g( v )的界 估算为：
[0055] (2)、根据中值定理可知，对于任意输入参数v。，存在一个正数μ (0〈 μ〈1)使得：
[0060] 通过选择V。= 〇,公式⑵改写成
[0061] 根据⑵中的心和公式⑶可知，存在一个未知的正数gni使得 [0062] 因此，建立饱和执行器数学模型如下：
[0064] 步骤二、建立具有饱和执行器1/4的汽车主动悬架系统的非线性模型；
[0065] 步骤三、利用饱和执行器1/4的汽车主动悬架系统的非线性模型设计抗饱和控制 器；
[0066] 步骤四、采用Lyapunov(李亚普诺夫）函数法对抗饱和控制器进行检验如图1。
[0067] 本实施方式效果：
[0068] 本实施方式通过设计抗饱和控制器，实现对车辆悬架系统特殊情况下执行器饱和 的补偿。提供了一种设计悬架建模的抗饱和控制器的新方法。
[0069] 本实施方式设计的抗饱和控制器，考虑了车体悬架系统执行器在饱和非线性下的 运行情况。众所周知，任何执行器的输出力都是有一定范围的，超过这个范围，就会出执行 器输出力饱和的现象。执行器发生饱和会使得系统的性能恶化，严重情况下，会造成系统的 不稳定。所以，本实施方式考虑悬架系统在执行器饱和非线性的情况下，仍能正常运行，提 高了车辆的整体平稳性和驾驶员的舒适性。
[0070] 本实施方式提供了一种新方法，来设计车辆悬架系统的抗饱和控制器。针对车辆 悬架系统中存在的大量饱和非线性因素，应用Lyapunov稳定性判据和自适应的控制方法， 完成了悬架抗饱和控制器的设计。车辆的悬架系统应用抗饱和控制器，提高了车体的整体 性能，增强了驾驶员的舒适性。
[0071] 车辆行驶的过程中，路面不平带来的不确定性因素对车体的平稳性带来了极大的 影响。车辆悬架系统设计的主要目的就是为了减轻外部因素对车身整体的干扰。车辆悬架 系统的执行器可以调节的范围有限，总会存在饱和的非线性因素