一种具有死区执行器的主动汽车悬架控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及主动汽车悬架控制方法，特别设及一种具有死区执行器的主动汽车悬 架控制方法。
【背景技术】
[0002] 汽车早已成为现代人不可缺少的交通工具。伴随着汽车的不断普及，各种最新的 科学技术不断应用到汽车中。汽车工业的每一次飞跃，都在提升汽车的整体性能，完善整个 汽车行业体系的发展。
[0003] 汽车悬架系统主要是指车体和轮胎之间的装置。悬架系统的主要功能在于牢固的 连接和有效的减震，从而提高车辆行驶的安全性和乘坐人员的舒适性。汽车悬架系统一般 分为被动悬架系统，半主动悬架系统和主动悬架系统。主动悬架系统与前两种悬架系统相 比，含有可W输出力矩的执行器。跟只有弹黃和阻尼器的前两种悬架系统相比，主动悬架系 统可W调节的范围更宽，车辆整体的安全性和舒适性得到了提升。
[0004] 主动悬架系统功能的核屯、在于其执行器，但由于实际应用的执行器，含有死区非 线性问题。死区是执行机构中常见的现象。但是执行器的死区非线性给悬架系统的控制带 来了很大的困难，也限制了车辆整体的性能。
[0005] 执行器的死区是主动悬架系统中主要的非线性问题，死区的存在会降低整个闭环 系统的性能，增加系统的误差。在一定输入条件下，含有死区的系统还会出现在系统中产生 自持震荡，造成系统不稳定。悬架系统必须保证车辆的安全与舒适。在执行器条件有限的 前提下，就需要一个合理的死区补偿控制器来提升悬架系统的性能。
[0006] 针对悬架的控制问题，一直是悬架研究的热点课题。现有的悬架系统的有多种设 计方法，但是主要存在的问题有W下两种：
[0007] -、一般在被动悬架系统中，根据悬架系统的特点是单靠弹黃和阻尼器件来实验 对振动的抑制。运种方法在平整的路面上可W提升系统性能，保持汽车的安全与平稳。但 在路面不平的路况下，无法达到保持舒适性的要求。
[0008] 二、针对实际的执行器，执行器的死区特性并没有考虑在控制器的设计过程之中， 导致系统的实际性能有所降低。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是为了解决现有技术在路面不平的路况下，无法达到保持舒适性的 要求W及现有技术没有考虑在控制器的设计过程之中，导致系统的实际性能有所降低的问 题，而提出的一种具有死区执行器的主动汽车悬架控制方法。
[0010] 上述的发明目的是通过W下技术方案实现的：
[0011] 步骤一、建立主动悬架系统中执行器死区的数学模型；
[0012] (1)执行器的死区的数学模型如下：
[0013]
(η
[0014] 其中，br〉0,bi<0是两个未知参数，V是执行器的控制输入，gi(V)为刻画死区特 性的左斜坡特性，即V时的特性，gf(V)刻画死区特性的右斜坡特性，即V时的 特性，gl(V)和gr(V)是未知光滑的非线性函数；
[001引 似在执行器的死区的数学模型中，在VV的范围里，执行器的输出 是非线性的，
[0016]假设死区左斜坡函数gi(V)和右斜坡函数gr(V)都是光滑的，则存在未知的参数 &V与1，A,·。和尽1满足如下关系：
[001引其中，gi' (V)是函数gi(V)的导数，g'r(V)是函数gr(V)的导数；将函数gi(V)和gf(V)在区间化1,bj和比1,bf)做延伸定义：
[0020]gi(V) =g/ 化1) (v-bi)，Ve化i，br]， （4)
[002dgr(V) =g'r(bf) (V-bf),Ve比1,bf). 妨
[00过其中g/化1)是函数gi(V)在左端点bi处的导数值，g'r化r)是函数gr(V)在 右端点bf处的导数值；
[0023] (3)根据微分中值定理可知，一定存在一个常数ξ1(V)e(-cx^，bi)使得式化） 成立；
[0024]
(6)
[0025] 其中，gi化1)是函数gi(V)在左端点bi处的值，g/1(V))是函数gi(V)在 点ξ?(ν)处的导数值；
[0026]同理，根据微分中值定理得一定存在常数Cr(v)e也，+-)使得下式（7)成 立；
[0027]
巧）
[002引其中，gr化r)是函数gr(V)在右端点br处的值，g'r(ξr(V))是函数拓（V)在 点Cf(V)处的导数值；
[0029](4)主动悬架系统中含有死区特性的执行器的数学模型：
[0030] U=DZ(V(t)) =PV+dd(V), (8)
[0031] 其中执行器中的线性部分表示为：
[0032]P=KT(t)巫（t),
[0033] Φ(t) = [Φτ(ν),Φι(ν)]^
[0034]K(t)= [Kr(v)，Ki(v)]T， (9)
[0039] 其中，执行器中的死区非线性误差部分dd(v)表示为：
[0040] (12)
[00川其中，死区的非线性误差部分是一个有界量，即K,(V')|<《；DZ(V(t))表示含 有死区特性执行器的输入，P代表执行器的控制增益，dd(v)代表死区转换模型（8)的误 差部分；iC是一个有界常数；
[0042] 步骤二、建立具有死区特性执行器的1/4的汽车主动悬架模型；
[0043] 步骤Ξ、利用死区特性执行器的1/4的汽车主动悬架模型设计死区补偿控制器；
[0044] 步骤四、采用Lyapunov函数对1/4汽车悬架系统中引入死区补偿控制器后的闭环 系统进行验证；即完成了一种具有死区执行器的主动汽车悬架控制方法。
[004引发明效果
[0046] 本发明主要针对于悬架执行器存在的死区非线性问题即主动悬架系统中存在的 执行器死区问题，研究了一种控制方法，设计出了死区补偿控制器。控制器很好地解决了悬 架系统执行器存在死区的问题，进而从根本上提升了主动悬架系统的调节范围，增强了汽 车的整体性能。对于解决闭环系统中存在的死区问题有一定的借鉴意义。
[0047] 本发明主要针对于汽车的主动悬架系统而设计，解决了主动汽车悬架中经常存在 的执行器含有非线性死区的问题。死区补偿控制器，采用现代控制论的方法，通过对1/4汽 车悬架系统的整体建模，最终得到了合理的死区补偿控制器模型。
[0048] 死区补偿控制器有效地提高了汽车悬架系统调节车身平稳性的范围，从而提高了 整个汽车的安全性和舒适性（如图3和图4所示）。死区补偿控制主要的作用对象是悬架 系统中的执行器，执行器产生非线性的原因有多种，主要是由于汽车承载的质量未知，外部 干扰和执行器自身的限制。本发明所提出的死区补偿控制方法，考虑了各种影响执行器产 生非线性的因素，综合悬架自身的特点，设计出了一套合理的解决方案，对于其他系统中含 有的非线性死区问题都有借鉴意义。
[0049] 死区补偿控制器的应用，从根本上提升了主动悬架系统抗干扰的能力。悬架系统 性能的提升对于汽车整体性能的提升具有极大的效果，通过图5观察死区补偿控制器的输 出结果可W发现，控制器的控制信号十分灵敏，调节悬架执行器的能力明显增强。一个汽车 的悬架系统性能决定了整个汽车的价值含量，是现代汽车工业中重要的研究领域。本发明 所设计的死区补偿控制器，提升了汽车的安全性，平稳性和舒适性，对于主动汽车悬架的发 展有一定的意义。
【附图说明】
[0050] 图1为【具体实施方式】一提出的死区补偿控制器的设计步骤流程图；
[0051] 图2为【具体实施方式】二提出的1/4汽车悬架系统的实验平台
[005引图3为实施例提出的汽车受垂直干扰的位移响应，一一表示死区补偿控制器响应 曲线，.........表示汽车被动悬架响应曲线
[0053] 图4为实施例提出的汽车受垂直干扰的加速度响应，一一表示死区补偿控制器响 应曲线，.........表示汽车被动悬架响应曲线
[0054] 图5为实施例提出的死区补偿控制器的输出曲线，一一表示死区补偿控制器输出 曲线。
【具体实施方式】
[00巧]【具体实施方式】一：本实施方式的一种具有死区执行器的主动汽车悬架控制方法， 具体是按照W下步骤制备的：
[0056] 死区补偿控制器的设计应用现代控制理论中自适应性控制的方法，最后应用 Lyapunov稳定原理进行验证；
[0057] 步骤一、建立主动悬架系统中执行器死区的数学模型；
[0058] (1)执行器的死区的数学模型如下：
[0059] (1)
[0060] 其中，br〉0,bi<0是两个未知参数，V是执