一种基于事件触发机制的整车悬架控制系统及其设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种整车悬架控制系统及其设计方法，尤其是涉及一种基于事件触发 机制的整车悬架控制系统及其设计方法。
【背景技术】
[0002] 由于悬架系统对汽车行驶平顺性、司乘舒适性及驾驶安全性等各方面有举足轻重 的作用，所以它在汽车性能控制方面扮演着重要角色，也是近年来的研究热点。悬架控制系 统主要包括三种控制方式:被动控制、半主动控制及主动控制。被动式悬架因其价格低廉、 结构可靠性高而被广泛应用，但其减振能力仅依赖于系统弹簧和阻尼的自身特性，当路面 扰动不在设计范围内时，控制效果便不理想。半主动悬架系统在被动悬架系统的基础上，把 不可变阻尼元件替换成可变阻尼元件，使其可以通过一定的控制输入力来控制和规划悬架 系统，从而对变化的路面扰动具备一定的适应能力，因其仅需较少的能量输入也被称为无 源主动悬架系统。主动悬架系统增加了有源的力发生装置，使其可以通过恰当的控制规律 驱动执行机构辅助悬架系统运动，进而达到预期性能。主动悬架控制因其良好的控制效果 而广受关注，但也存在很多研究难点，包括如何平衡汽车平顺性、驾驶安全性和悬架行程限 制等这些相互矛盾的性能要求等。
[0003] 在对汽车行驶平顺性进行控制的同时，还需要考虑汽车悬架系统的最大行程，汽 车行驶安全性（即车轮要始终接触地面)和控制器饱和等限制条件。近年来，出现了很多好 的研究成果，为了达到更好的效果，也需要结合其他控制技术来设计控制器，比如线性二次 高斯控制、自适应控制、模糊控制、滑模控制和Hoc控制等。
[0004] 另一方面，目前大多数的研究成果都是聚焦在控制汽车平顺性的效果上而很少有 人关注控制成本，但控制成本也是不容忽视的重要方面。传统的控制方式包括连续控制和 周期控制。尽管周期控制方式更容易分析和设计，但它的控制周期并不能随着当前系统的 状态而实时做出调整，从资源节约和减少数据通信量的角度来说，周期控制的效果不尽如 人意。特别是越来越多的控制系统趋于通过网络通信和数字平台来完成控制任务，在这种 趋势下，减少数据通信量就显得尤为重要，这也对节约资源做出巨大贡献。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于事件触发 机制的整车悬架控制系统及其设计方法。
[0006 ]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] -种基于事件触发机制的整车悬架控制系统，所述的整车悬架包括四个主动悬 架，该控制系统包括依次连接的事件触发装置、状态观测器、控制器和零阶保持器，整车悬 架输出端连接事件触发装置，所述的零阶保持器连接至整车悬架输入端形成控制回路，所 述的事件触发装置包括分别对应四个主动悬架的触发器，各触发器根据设定的事件触发条 件触发工作，将对应的主动悬架输出信息传输至状态观测器，状态观测器将观测的状态信 息传输至控制器，控制器根据状态观测器观测的状态信息输出相应的控制力，进而控制对 应的主动悬架工作。
[0008] 一种基于事件触发机制的整车悬架控制系统的设计方法，该方法包括以下步骤：
[0009] (1)建立整车悬架控制系统状态空间模型，如下：
[0010]
[0011] 其中，X为汽车状态变量，F=[fl· f2 f3 f4]T，其中各元素记作fi，fi为控制器对第i 个主动悬架输出控制力，1 = 1，2,3,4,〇 = [7。17。2 7。3 7。4]1'，其中各元素记作7。：1，7。：1为第1 个主动悬架受到的路面扰动，1 = 1，2,3,4，￥=[￥1￥2￥3￥4]1'，其中各元素记作￥:1，￥:1为第1 个主动悬架输出信息，i = l，2,3,4, & =|j # d为控制目标变量，y为车身的垂直震荡位 移，Θ为车身前后俯仰角度，炉为车身左右滚转角度，Z2=[Ayi Ay2 Ay3 Ay4]，其中各元 素记作△ yi，△ yi为第i个主动悬架的机械行程，i = 1，2，3，4，A为汽车状态变量参数矩阵，B 为控制器输出控制力参数矩阵，Βω为路面扰动参数矩阵，&悬架输出信息传输矩阵，C2为控 制目标变量输出传输矩阵，C3为主动悬架位移偏移量输出传输矩阵；
[0012] (2)设定各触发器事件触发条件为：
[0013]
[0014] 其中i = 1，2，3，4表示第i个主动悬架，％的=1?? - V#；)为第i个主动悬架上一 次事件发生时刻的输出信息与当前输出信息的差值，Vl(t)为第i个主动悬架的当前输出信 息，为第i个主动悬架上一次事件发生时刻的输出信息，为第i个触发器的权重矩 阵，心为第i个触发器的触发阈值参数；
[0015] (3)基于整车悬架控制系统状态空间模型和各触发器触发条件建立整车悬架控制 系统闭环控制模型，如下：
[0016]
[0017] 其中，
为状态观测器观测误差，
的观测值，
为悬架系统上一次事件触发时刻输出信息与当前信息的差值，为悬架系 统上一次事件触发时刻输出信息，v(t)为悬架系统当前输出信息，L为观测器增益矩阵，K为 控制器增益矩阵，C为适合维数常矩阵；
[0018] (4)根据整车悬架控制系统闭环控制模型，采用李雅普诺夫稳定性分析法建立系 统稳定的线性矩阵不等式；
[0019] (5)建立整车悬架(1)的约束条件；
[0020] (6)根据给定扰动抑制比γ，计算能同时满足系统稳定的线性矩阵不等式以及悬 架系统约束条件的系统参数，包括第i个触发器的触发阈值参数&、第i个触发器的权重矩 阵?:、观测器增益矩阵L和控制器增益矩阵K。
[0021] 步骤(4)具体包括以下子步骤：
[0022] (401)根据正定矩阵
，建立李雅普诺夫函数为：
[0023]
[0024] 其中.... ..... ；
[0025] (402)对李雅普诺夫函数求导，求得使得李雅普诺夫函数导数小于0的矩阵不等式 为：
[0026]
[0027] 其中，-^ ^ .
.. 一'
，
，Λ i为与第i个触发器相关的对角阵，其中对角线上与触发 器i相关的元素值为1，其余为0;
[0028] (403)令XrPiBKJrPA，对式(5)进行线性化，得到系统稳定的线性矩阵不等式：
[0029]
Λ
[0030] 其中，) 1+=1
[0031] 步骤(5)中悬架系统的约束条件包括：
[0032] (a)悬架行程约束条件：
[0033]
[0034] (b)控制器执行输出力约束条件：
[0035]
[0036] (c)汽车行驶安全约束条件：
[0037]
[0038] 其中，Ayi>max为第i个主动悬架的最大机械行程，Μ为常数，fi,max为控制器对第i个 主动悬架输出最大控制力，fibad为第i个主动悬架向上作用力的上限阈值，Ni为汽车中机械 装置对第i个主动悬架向下作用力。
[0039] 步骤(6)包括如下子步骤：
[0040] (601)任意选择第i个触发器的触发阈值参数Sie(〇，l)和第i个触发器的权重矩 阵 Φ?>0;
[0041 ] (602)将丫、61和(1^带入式(6)，若不等式存在可行解乂，￥，？1和?2，则观测器增益矩 阵为:1(=斤出)1,控制器增益矩阵为LiPfY，并继续执行步骤(603)，否则返回步骤(604); [0042] (603)将控制器增益矩阵K、正定矩阵PjPP2分别带入式(7)、式(8)和式(9)，若同