设计参数；
[0161] (5)结合公式（10)和公式（11)，同时基于悬架系统的动态特性，得出：
[0164] (6)、设计一个变量贫，Ξ估计值表示为会，Ξ估计误差表示成 g = Ξ 一I ;同理得到变量缚的估计值为劣s估计误差为劣=f -處;外部干扰量D，D估计 值为3 ,估计误差为抗饱和控制规律进行如下的设定：
[0170] 其中，在公式（15)~（19)的控制规律中，c2, γ JP γ 2三个正的设定的参数，Γ 是一个正的设计参数，F是一个中间变量；
[0171] (7)、应用公式（15)~（19)整理得如下的表达式：
[0173] 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具 体为：
[0174] 汽车主动悬架系统的控制器，必须保证稳定性的要求，不然设计出来的控制器就 没有任何意义可言。对抗饱和控制器设计方法的检验，本发明采用Lyapunov (李亚普诺夫） 函数法对抗饱和控制器设计方法的检验：
[0175] 首先列出饱和执行器1/4的汽车悬架系统的李亚普诺夫Lyapunov函数方程：
[0179] 其中，(^和(：2是两个正的设计参数；
[0180] 根据Lyapunov稳定性条件，加入抗饱和控制器以后，1/4汽车主动悬架的闭环系 统处于渐进稳定的状态；所以汽车悬架的抗饱和系统处于稳定状态。
[0181] 步骤五、调节检验后抗饱和控制器设计参数；
[0182] 根据抗饱和控制器的设计要求，以及1/4汽车悬架试验台的实际情况，设计实验 仿真的相关参数以及控制器的相关参数；调节控制器的相关参数，直到最终满足相关的设 计要求（垂直位移越小越好）；
[0183] 簧上质量：ms= 2. 45kg，代表了车辆底盘质量，车辆底盘的变化与车辆负载有关。 簧下质量:mu= lkg，代表了车轮组件的质量。悬架系统中弹簧的线性刚性系数：ks= 900N/ m。悬架系统中弹簧的非线性刚性系数= 悬架系统中阻尼器拉伸过程的阻尼系 数be= 8Ns/m，悬架系统中阻尼器压缩过程的阻尼系数b。= 7Ns/m。轮胎的刚性系数k f = 2500N/m ;轮胎的阻尼系数bf= lOOONs/m。执行器输出的区间在u_= 2. 5N，u_= -2. 5N 之间；
[0184] 控制参数的选取：
[0185] 悬架系统初始参数和估计值选取为ms= 2kg，
/)(0) = 0.8，悬架控制器参数的初始化值为C1= c 2= 0. 1，γ 1= γ 2= Γ = I ;
[0186] 控制器的作用效果：
[0187] 车辆悬架的主要作用在于隔离车体和路面之间的外部干扰，提高车辆在颠簸路面 或不确定路况下行驶的舒适性。
[0188] 将被动悬架系统和本发明所设计的控制器，进行控制效果实验验证，比较车体垂 直运动时的位移和加速度响应曲线如图3和图4所示；通过实验图像的对比，可以明显地看 出本发明所设计的抗饱和控制器有明显的优越性；控制器使车体的垂直位移，车体的加速 度的变化等参数都有得到了很好的控制；
[0189] 抗饱和控制器的输出曲线，如图5所示；抗饱和控制器使得车辆的悬架系统在执 行器饱和的情况下，仍能实现车体平稳性的要求，提高了悬架系统的整体性能。
[0190] 本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域 技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于 本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于自适应控制的汽车主动悬架的抗饱和控制方法，其特征在于一种基于自适 应控制的汽车主动悬架的抗饱和控制方法具体是按照W下步骤进行的： 步骤一、建立饱和执行器数学模型； 标准的饱和执行器数学模型如下：其中，Umgx代表执行器输出力的最大值，Umi。代表执行器输出力的最小值，执行器的输入 V； (1) 、当V=Um。、和V=Umm时，建立分段光滑函数用作近似逼近饱和函数：因此，公式（1)改写成： U=sat(V) =g(V)+ds(V) 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： 4(均H狱《(钟各(内max(I-份nh(I(扮加供-1))!=成 (2)、根据中值定理可知，对于任意输入参数V。，存在一个正数y(〇<y<l)使得： 梦(v'.) =沪>';.,)+ &,|少-玲) <2) 其中，通过选择Ve=0,公式似改写成妍')二 根据似中的％和公式做可知，存在一个未知的正数gm使得0<斯^馬声1因此，建立饱和执行器数学模型如下：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； 步骤=、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； 步骤四、采用Lyapunov函数法对抗饱和控制器进行检验。2. 根据权利要求1所述一种基于自适应控制的汽车主动悬架的抗饱和控制方法，其特 征在于：步骤二中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具体过程： 具有饱和执行器1/4的汽车悬架系统的数学模型如下：其中，在悬架的数学模型中，表示悬架的质量，m。表示车轮的质量，Fd表示悬架中弹 黃输出的力，Fs表示悬架中阻尼器输出的力，Ft表示轮胎中的弹性力，Fb表示轮胎中的阻尼 力，心表示悬架系统中弹黃的线性刚性系数，也"表示悬架系统中弹黃的非线性刚性系数， b。。是b。和b。的缩写，b。表示悬架系统中阻尼器拉伸过程的阻尼系数，b。表示悬架系统中 阻尼器压缩过程的阻尼系数，kf表示轮胎的刚性系数，bf表示轮胎的阻尼系数，sat(V(t)) 表示未知的执行器输入，Zg表示车身垂直位移，z。表示轮胎垂直位移，t代表时间，f(t)代 表未建模动态和未知扰动，Zf代表路面扰动输入。3. 根据权利要求2所述一种基于自适应控制的汽车主动悬架的抗饱和控制方法，其特 征在于：步骤=中设计抗饱和控制器具体过程： (1) 、1/4汽车主动悬架的状态变量被定为：Xi=Zs，馬=么，X3=Z。和^二么 将公式（5)改写状态方程：(2) 、根据公式（4)的执行器非线性模型，得到变形后的状态方程为： 斯= ?%，其中，公式做中，d(t) = 0ids(V)+f(t); (3) 、进行如下的坐标变换： Zi=X1-Yr(9) .丐=乂2:_ 喪?-化 （10) 公式（10)中a是一个虚拟控制量；假设Yt是一个有界的参考信号并且二阶可导，於 是yf的一阶导数，托是yf的二阶导数；於和捉也同样都是有界的量； (4) 结合公式（8)和公式（10)得表达式： 封二Z、+ 林（M) 公式（11)中zi表示跟踪误差，对控制量a的控制规律进行如下设计： a二-Citanh (Zi) (12) 公式（12)中Cl是一个正的设计参数； (5) 结合公式（10)和公式（11)，同时基于悬架系统的动态特性，得出：(6) 、设计一个变量S= 璋，S估计值表示为含，S估计误差表示成宣=呂一含；同 理得到变量《前估计值为装，估计误差为躬=啤一换；外部干扰量D，D估计值为息，估计 误差为/)=八-/：);抗饱和控制规律进行如下的设定：其中，在公式（巧）~（19)的控制规律中，C2, 丫 1和丫 2^个正的设定的参数，r是一 个正的设计参数，f是一个中间变量； (7) 、应用公式（15)~（19)整理得如下的表达式：4.根据权利要求3所述一种基于自适应控制的汽车主动悬架的抗饱和控制方法，其特 征在于：步骤四中采用Lyapunov函数法对抗饱和控制器进行检验具体为： 采用Lyapunov函数法对抗饱和控制器设计方法的检验： 首先列出饱和执行器1/4的汽车悬架系统的李亚普诺夫Lyapunov函数方程：其中，Cl和C2是两个正的设计参数。
【专利摘要】一种基于自适应控制的汽车主动悬架的抗饱和控制方法，本发明涉及抗饱和控制方法。本发明是要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线性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。该方法是通过步骤一、建立饱和执行器数学模型；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；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；步骤四、采用李亚普诺夫函数Lyapunov函数法对抗饱和控制器进行检验等步骤实现的。本发明应用于抗饱和控制领域。
【IPC分类】B60G17/00
【公开号】CN104999880
【申请号】CN201510505295
【发明人】孙维超, 潘惠惠, 张云霁, 高会军
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年8月17日