本發明涉及一種控制方法，具體涉及一種汽車主動懸架系統的控制方法，該方法通過傳感器將前方的路面信息提前傳送給懸架裝置，懸架系統因而能夠利用提前獲取的路面信息設計控制器，這有效延長了處理器的處理時間，能夠更好地克服路面凹凸不平對懸架系統在垂直方向上的影響，具有更強的魯棒性，改善駕駛舒適度、穩定性和安全性，增強車輛的操控性。
背景技術：
傳統車輛懸架系統的功能主要是保證良好的乘坐舒適性和穩定的輪胎載荷,其優劣直接影響汽車的操縱穩定性、平順性、輪胎接地性等主要性能。良好的車輛懸架系統還可以減少車輛駕駛者在路面情況惡劣的條件下承受較少的振動，防止引發脊椎畸變和胃病等疾病，保證了司機的身心健康。
目前車輛懸架系統的控制可分為被動控制、半主動控制和主動控制三種類型。凡不需輸入能量的振動控制稱為被動控制，由基本的彈簧和阻尼構成，被放置在車身和車橋之間，由于改善駕駛舒適度或增強車輛操控性的能力是互相制約的一對性能，被動懸架只能改善兩個性能指標之一，能力有限；輸入少量能量調節阻尼的振動控制稱為半主動控制，半主動懸架系統具有可變性的阻尼特性，在控制能力上可以提供很大的改善,但由于是無源操作，改善能力依然有限；通過輸入外部能量使振動機構給懸架系統施加一定控制力的振動控制稱為主動控制。
主動懸架系統采用力作動器來代替被動懸架系統中的彈簧和減振器或在原有被動懸架系統的基礎上增加了主動力作動器。作動器通常為液動或氣動形式，但大多數采用的是液壓式作動器，它可根據控制信號產生相應大小的作用力。與被動懸架系統相比，主動懸架系統的最大優點是其適應能力強，可同時改善車輛的行駛平順性和操縱穩定性。
相比較被動懸架系統而言，主動懸架系統是典型的多目標控制系統?？偟恼f來，汽車主動懸架系統的性能要求主要包括：1)盡可能地隔離路面傳遞到人體的沖擊和振動，以達到乘坐的舒適性；2)從車輛行駛的安全性角度考慮，懸架的設計應該使系統的動載小于靜載，進而增強輪胎的接地性；3)由于執行器同懸架平行放置，因此懸架的位移行程應該滿足一定的限制，即當增加駕駛舒適度的同時，懸架工作位移應該保持在允許的范圍內。然而，這些性能指標是互相沖突的。例如，提升駕駛舒適度同時會帶來更大的懸架位移和更小的輪胎接地概率。
為了消除這些性能之間的沖突，很多懸架系統的多目標控制策略已經被提出。傳統方法在處理懸架系統的多目標控制問題時，可能會導致系統性能的降級，甚至造成懸架系統性能的不穩定。而魯棒控制方法中，h∞控制和h2控制或其二者的結合提供了一些多目標控制的可行性方案，在使用盡可能少的控制能量使懸架行程盡可能小的同時保證了路面不平對系統性能的影響被限定在一定的范圍內。
然而，由于只使用了當前的路面信息，使用標準h∞控制方法設計的懸架系統對路面干擾的抑制性能仍然有很大的改善空間。為此，本發明將基于h∞預演控制方法設計汽車的主動懸架系統。由于該方法首先借助路面傳感器提前獲取了更多的路面信息，繼而能夠使用這些信息設計控制器，更有效地抵消路面干擾帶給系統的不利影響，從而達到更好的控制性能。早在1968年，最優預演控制已經被應用于汽車工業的懸架系統，它利用前懸架的擾動信息作為后懸架的前饋信息或者利用聲納傳感器將前方路面的變化信息提供給電子控制單元ecu，ecu再根據提前獲取的路面變化信息作出控制決策，提前抵消擾動對懸架系統的負面影響，改善了懸架系統的性能。綜上，考慮到路面起伏信息的不確定性，最優預演控制的最優性能很難達到；而在相同的環境下，基于標準h∞控制的懸架系統性能還有很大的提升空間。
技術實現要素：
為了克服現有基于標準h∞控制的懸架系統的控制性能較差的不足，本發明為改善現有汽車主動懸架控制技術的控制性能，提供了一種基于h∞預演控制的車輛主動懸架系統的控制方法。
為了解決上述技術問題，本發明提供如下的技術方案：
一種基于h∞預演控制的車輛主動懸架系統的控制方法，包括以下步驟：
步驟一、建立半車主動懸架系統模型，過程如下：
根據牛頓第二定律，懸架系統的動力學方程為：
式(1)-(4)中，彈簧動態和阻尼特性的輸出力遵循以下關系：
公式(1)-(6)中，m表半車車身質量，i表示半車車身轉到慣量，θ表示車身質心處的俯仰角，zc為質心垂直位移，a、b分別為車身質心至前、后軸的距離，ff和fr分別表示前后懸架部分的彈力和阻尼力，mf和mr分別表示前、后輪的非簧載質量，kf2和kr2分別表示前、后輪胎的剛度系數，kf1、kr1為前、后懸架減振彈簧的剛度系數,bf、br分別為前、后懸架阻尼系數，z01和z02分別為前、后輪相對地面的垂直位移，z1、z2為前、后輪相對平衡態的垂直位移；u1和u2表示執行器輸入力；
定義狀態變量
x＝[x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8]′(7)
其中，
x1＝zc+aθ-z1；
x5＝z1-z01；
根據(1)-(8)推導出,半車主動懸架系統的狀態空間模型如下：
其中，x是系統狀態變量；u＝[u1,u2]′為系統的控制輸入；
(10)中h表示車輛前后輪經過同一地點的時間差、t表示時間、w(t-h+s)表示t-h+s時刻系統的擾動、其它所涉及到的控制增益由以下方程的穩定解及已知的系統參數決定：
式(12)中γ為提前給定的h∞預演控制抑噪水平指標,其它參數如下：
所述步驟二中，控制律設計過程如下：
2.1)首先根據已知的狀態系數矩陣通過riccati方程(11)解出一個穩定的解
2.2)根據方程(13)-(18)分別求解出中間矩陣
2.3)利用aγ、rγ、
2.4)根據方程(10)得到最終的控制律u。
本發明的有益效果主要表現在：與基于標準h∞控制的車輛主動懸架系統的控制方法相比，由于提前獲取并使用了具有不確定性的高低起伏的路面信息，基于h∞預演控制的車輛主動懸架系統的控制方法能夠將噪聲對被調節輸出y的影響控制在更小的范圍內，因而具有更好的控制效果。具體而言，基于h∞預演控制的車輛主動懸架系統的控制方法可利用前懸架的路邊變化信息作為后懸架的前饋信息、利用聲納傳感器將車輛前方路面的變化信息提供給電子控制單元ecu，ecu再根據這些已知的路面變化信息做出控制決策，提前抵消路面擾動對懸架系統的不良影響，使擾動對系統的影響被限定在更小的范圍內，有效地改善了懸架系統的性能。
附圖說明
圖1為本發明所建立的汽車主動懸架模型示意圖。
具體實施方式
為了更具體地描述本發明，下面結合附圖及具體實施方式對本發明進行詳細說明。
參照圖1，一種基于h∞預演控制的車輛主動懸架系統的控制方法，包括如下步驟：
步驟一、建立如圖1所示的半車主動懸架模型，根據牛頓第二定律，懸架系統的動力學方程為：
式(1)-(4)中，彈簧動態和阻尼特性的輸出力遵循以下關系：
公式(1)-(6)中，m表半車車身質量，i表示半車車身轉到慣量，θ表示車身質心處的俯仰角，zc為質心垂直位移，a、b分別為車身質心至前、后軸的距離，ff和fr分別表示前后懸架部分的彈力和阻尼力，mf和mr分別表示前、后輪的非簧載質量，kf2和kr2分別表示前、后輪胎的剛度系數，kf1、kr1為前、后懸架減振彈簧的剛度系數,bf、br分別為前、后懸架阻尼系數，z01和z02分別為前、后輪相對地面的垂直位移，z1、z2為前、后輪相對平衡態的垂直位移；u1和u2表示執行器輸入力；
(2)建立狀態空間方程模型；
定義狀態變量
x＝[x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8]′(7)
其中
x1＝zc+aθ-z1；
x5＝z1-z01；
根據(1)-(8)推導出,半車主動懸架系統的狀態空間模型如下：
公式(9)中，x是系統狀態變量；u＝[u1,u2]′為系統的控制輸入；
步驟二、設計基于h∞預演控制的車輛懸架系統控制律；
根據下列方程得到車輛主動懸架系統的控制律u：
(10)中h表示車輛前后輪經過同一地點的時間差、t表示時間、其它所涉及到的控制增益由以下方程的穩定解及已知的系統參數決定：
式(12)中γ為提前給定的h∞預演控制抑噪水平指標,其它參數如下：
控制律的設計過程如下：
2.1)首先根據已知的狀態系數矩陣通過riccati方程(11)解出一個穩定的解
2.2)根據方程(13)-(18)分別求解出中間矩陣
2.3)利用aγ、rγ、
2.4)根據方程(10)得到最終的控制律u。