基于固定时间约束的滑模控制技术在主动车辆悬架系统中提升乘坐舒适性

《IEEE Open Journal of Vehicular Technology》：Fixed-Time Constraint-Aware Sliding-Mode Control for Ride Comfort Enhancement in Active Vehicle Suspensions

　　

摘要：

主动车辆悬架系统必须在满足严格的悬架行程和轮胎载荷约束的同时，提高行驶舒适性，尤其是在道路条件不稳定的情况下。尽管滑模控制能够确保系统的鲁棒性，但传统设计仅能实现渐进式收敛，并可能产生抖振现象，从而限制了系统的瞬态响应可预测性和实际应用效果。本文提出了一种针对非线性四轮主动悬架系统的连续、非奇异的固定时间滑模控制器（FxT-SMC），该控制器具备明确的约束感知能力。状态依赖的滑移映射保证了系统的固定时间收敛性，并且收敛时间不受初始条件的影响；同时，嵌入在滑移表面中的平滑互易屏障确保了允许行程集的前向不变性，避免了不连续的投影现象。通过李雅普诺夫分析，严格证明了系统的全球固定时间稳定性和零动态的有界性。实验验证表明：该控制器在典型道路条件下能够实现小于2秒的瞬态响应时间，严格满足行程和轮胎载荷限制，并且在ISO 2631-1舒适性指标上相比被动悬架、传统滑模控制（SMC）和超扭转控制（super-twisting control）有显著提升。这些结果凸显了固定时间、约束感知滑模控制在实际智能主动悬架系统中的有效性。