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        汽車主動懸架作動器故障診斷與控制補(bǔ)償方法*

        2018-03-07 02:17:30陳雙鐘孝偉
        汽車技術(shù) 2018年2期
        關(guān)鍵詞:狀態(tài)變量控制力作動器

        陳雙 鐘孝偉

        (遼寧工業(yè)大學(xué),錦州 121000)

        1 前言

        與被動懸架相比較,主動懸架能根據(jù)汽車的行駛條件對懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼特性進(jìn)行動態(tài)自適應(yīng)調(diào)節(jié),使懸架系統(tǒng)始終處于最佳減振狀態(tài)。目前,對主動懸架控制的研究大部分是基于執(zhí)行器(作動器)和傳感器完好無故障的條件設(shè)計的,一旦傳感器或作動器出現(xiàn)故障,控制器將出現(xiàn)誤控制,影響乘坐舒適性。

        近年來,容錯控制研究在智能控制領(lǐng)域受到越來越多的重視[1],它可以確保在某些部件發(fā)生故障的情況下,系統(tǒng)仍按原有或略有降低(但可接受)的性能指標(biāo)完成控制任務(wù),如文獻(xiàn)[2]中采用全維狀態(tài)魯棒觀測器,對系統(tǒng)輸出進(jìn)行誤差估計,并基于控制率重組的方法對汽車半主動懸架進(jìn)行容錯控制,雖然設(shè)計的觀測器能夠判斷出發(fā)生故障的時間,但是作動器故障恢復(fù)存在延遲。文獻(xiàn)[3]設(shè)計了H∞控制器作為半主動懸架常規(guī)控制器,基于故障診斷觀測器提出了作動器在線故障估計算法,由完好作動器補(bǔ)償單一作動器故障的阻尼力損失,通過推導(dǎo)并結(jié)合半主動懸架阻尼力的有界性,得出容錯控制下各完好作動器的補(bǔ)償阻尼力[4]。

        本文首先建立二自由度1/4車輛模型,設(shè)計LQG控制率和卡爾曼狀態(tài)估計器,實現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)估計,并以此為基礎(chǔ),在不考慮傳感器故障的前提下,對作動器出現(xiàn)增益故障進(jìn)行實時在線診斷[5-6]。最后根據(jù)在線診斷結(jié)果,對LQG控制實施控制力的補(bǔ)償,確保性能指標(biāo)的最優(yōu)。

        2 車輛建模與主動懸架LQG控制

        2.1 二自由度1/4車輛模型建立

        建立二自由度1/4車輛懸架動力學(xué)模型[7],如圖1所示。其中,x1為車身垂直位移;x2為車輪垂直位移;kt為輪胎等效剛度;m1為車身質(zhì)量;m2為車輪質(zhì)量;kf為彈簧剛度;cf為懸架阻尼;u為控制輸入。

        圖1 二自由度1/4車輛懸架模型

        根據(jù)牛頓運動定律,得到運動微分方程為:

        將式(1)、式(2)轉(zhuǎn)換為主動懸架空間表達(dá)式:

        2.2 車輛懸架LQG控制器設(shè)計

        對主動懸架模型采用線性二次型最優(yōu)控制[7],考慮到汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和降低能耗,選取車身垂直加速度x?1、懸架動撓度(x1-x2)、輪胎動行程(x2-q)和控制輸入u作為性能評價指標(biāo)。采用狀態(tài)調(diào)節(jié)器,其指標(biāo)泛函為:

        整理成標(biāo)準(zhǔn)二次型形式:

        式中,q1、q2、q3、q4為性能評價指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)為系統(tǒng)狀態(tài)變量的權(quán)重矩陣為系統(tǒng)控制輸入變量的權(quán)重矩陣;為系統(tǒng)干擾變量的權(quán)重矩陣為系統(tǒng)狀態(tài)變量與控制變量交叉項的權(quán)重矩陣為系統(tǒng)狀態(tài)變量與干擾變量交叉項的權(quán)重矩陣。

        假設(shè)狀態(tài)變量X中各分量均可測,則根據(jù)最優(yōu)控制律即可得到控制器的控制力:

        從式(7)可以看出,只要求出最優(yōu)反饋增益矩陣,根據(jù)任意t時刻的狀態(tài)變量X(t)即可得到懸架的最優(yōu)控制力。

        3 基于卡爾曼的主動懸架故障檢測方法

        故障檢測方法大致可劃分為基于信號處理的方法、基于解析模型的方法、基于知識的方法3類[8]。而基于解析模型的方法又可分為狀態(tài)估計方法和參數(shù)估計方法。目前,常用的狀態(tài)估計方法包括魯棒觀測器、模糊觀測器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測器、卡爾曼濾波法等。本文采用卡爾曼濾波算法對懸架系統(tǒng)故障進(jìn)行檢測。

        卡爾曼濾波通過實時更新均值和協(xié)方差執(zhí)行濾波過程,基于卡爾曼濾波的狀態(tài)估計實際上是基于狀態(tài)變化為一階馬爾科夫過程假設(shè)的“預(yù)測—校正”的反饋控制器[9]。卡爾曼濾波可分為時間更新過程(預(yù)測)和測量更新過程(校正)兩部分。時間更新過程根據(jù)當(dāng)前時刻的系統(tǒng)狀態(tài)獲得對下一時刻的先驗估計,測量更新過程將測量和先驗估計相結(jié)合,獲得改進(jìn)的系統(tǒng)后驗估計。

        本文所建車輛系統(tǒng)的狀態(tài)方程與觀測方程為:

        式中,x(k)、x(k-1)分別為k與(k-1)時刻的狀態(tài)矢量;y(k)為k時刻的觀測矢量;u(k)為k時刻的觀測噪聲;w(k)為k時刻系統(tǒng)噪聲。

        由于系統(tǒng)是線性的,且系統(tǒng)噪聲呈高斯分布,容易得出卡爾曼濾波算法的時間更新和測量更新方程。

        a.濾波時間更新

        狀態(tài)預(yù)測方程:

        誤差協(xié)方差預(yù)測:

        b.濾波測量更新

        增益方程:

        濾波方程:

        誤差協(xié)方差更新:

        4 作動器故障在線診斷與控制補(bǔ)償

        當(dāng)主動懸架作動器發(fā)生故障時,控制系統(tǒng)可以根據(jù)車身垂向加速度、懸架動撓度、輪胎動載荷,利用卡爾曼濾波方法對懸架狀態(tài)變量進(jìn)行實時狀態(tài)估計,并與懸架控制力的實際狀態(tài)變量比較得到殘差,通過與殘差門限值進(jìn)行比較,在線診斷出作動器發(fā)生故障的時間,以便準(zhǔn)確地對控制力進(jìn)行實時補(bǔ)償,其工作原理如圖2所示。

        圖2 在線診斷與控制補(bǔ)償方法工作原理

        4.1 基于殘差的作動器故障在線診斷

        本文只考慮作動器發(fā)生增益故障的情況。當(dāng)懸架作動器發(fā)生增益故障時,汽車主動懸架系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型也發(fā)生相應(yīng)變化,其模型表達(dá)式為:

        式中,δ為主動懸架作動器故障增益。

        則由式(3)和式(13)可得狀態(tài)誤差為:

        將式(15)兩側(cè)同時積分可得狀態(tài)變量的狀態(tài)殘差:

        由式(17)可知,當(dāng)時間t→∞時,由于作動器發(fā)生增益故障,殘差ΔX不趨向于零向量。

        結(jié)合設(shè)計的卡爾曼濾波估計器可得主動懸架作動器增益估計值:

        式中,pinv為求偽逆矩陣。

        4.2 控制力補(bǔ)償方法

        控制力補(bǔ)償在汽車主動懸架作動器發(fā)生故障后,不需要改變原主動懸架LQG控制器結(jié)構(gòu),只需根據(jù)前面故障檢測與診斷出的信息對作動器的力進(jìn)行補(bǔ)償。

        由主動懸架LQG控制器設(shè)計方法可知,無故障時作動器輸出力應(yīng)為:

        若設(shè)定作動器發(fā)生增益故障時的控制力輸出為:

        5 仿真與分析

        在MATLAB中搭建車輛模型,模型仿真參數(shù)見表1。在B級路面,車速72 km/h工況下,設(shè)計LQG控制器,并人為設(shè)定第5 s起作動器發(fā)生0.2倍的增益故障,如圖3所示。

        表1 車輛模型參數(shù)

        圖3 作動器故障增益

        利用前文所述卡爾曼濾波估計方法對所設(shè)定作動器增益故障下車輛系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行估計,并與狀態(tài)變量真實值進(jìn)行比較,得到的殘差信息如圖4所示。由圖4可以看出,在t=5 s時卡爾曼估計器得到的狀態(tài)變量估計值與狀態(tài)變量真實值出現(xiàn)明顯差別,表明此時作動器開始出現(xiàn)故障。根據(jù)作動器出現(xiàn)故障時刻對故障增益進(jìn)行估計,得到故障增益估計值為0.2。

        圖4 懸架性能殘差

        在此基礎(chǔ)上,利用前文所述的控制力補(bǔ)償方法對主動懸架控制力實施補(bǔ)償,得到的無故障主動懸架、故障不加容錯控制和故障加容錯控制的車輛性能指標(biāo)對比曲線如圖5所示,均方根值對比如表2所示。

        圖5 懸架性能對比

        表2 懸架性能均方根值對比

        從圖5及表2可以看出,在作動器發(fā)生增益故障時刻t=5 s起,相對完好無故障狀態(tài)的主動懸架,故障懸架的控制效果明顯變差,而增加了控制補(bǔ)償后的容錯控制效果與無故障狀態(tài)控制效果相近,明顯提高了主動懸架控制器的可靠性。

        6 結(jié)束語

        本文基于卡爾曼濾波算法對汽車主動懸架作動器發(fā)生故障時的容錯控制展開研究。通過設(shè)計的卡爾曼估計器對懸架系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行估計,實現(xiàn)對出現(xiàn)作動器故障增益的情況進(jìn)行在線診斷,并對故障條件下的主動懸架LQG控制實施控制力補(bǔ)償,提高主動懸架控制的可靠性。研究結(jié)果表明,所設(shè)計的狀態(tài)估計器能夠很好地完成作動器的故障檢測和實施在線檢測,控制力補(bǔ)償方法能夠有效地確保主動懸架控制的功能,滿足汽車行駛平順性的要求。

        [1]張麗萍,弓棟梁.基于H2/H∞控制的汽車主動懸架被動容錯控制[J].汽車技術(shù),2017(11):44-49.

        [2]楊柳青,陳無畏,汪洪波.基于殘差信息的汽車液壓主動懸架故障診斷與隔離研究[J].中國機(jī)械工程,2012,23(14):1746-1752.

        [3]高振剛,陳無畏,汪洪波,等.基于故障補(bǔ)償?shù)钠嚢胫鲃討壹苋蒎e控制[J].汽車工程,2016,38(6):705-715.

        [4]Fischer D, B?rner M, Schmitt J, et al.Fault Detection for Lateral and Vertical Vehicle Dynamics[J].Control Engineering Practice,2007,15(3):315-324.

        [5]Li H,Gao H,Liu H,et al.Fault-tolerant H Control forActiveSuspension VehicleSystemswith Actuator Faults[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part I Journal of Systems & Control Engineering,2011,226(3):348-363.

        [6]Kim H,Lee H.Model-based Fault-tolerant Control for an Automotive Air Suspension Control System[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part D Journal of Automobile Engineering,2011,225(11):1462-1480.

        [7]喻凡,林逸.汽車系統(tǒng)動力學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2017.

        [8]陳雙,宗長富.車輛主動懸架的遺傳粒子群LQG控制方法[J].汽車工程,2015,37(2):189-193.

        [9]陳學(xué)文,周越,張進(jìn)國.考慮側(cè)傾影響的汽車橫擺角速度與質(zhì)心側(cè)偏角濾波估計[J].汽車技術(shù),2017(11):40-43.

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