一種基于事件觸發(fā)機制的整車懸架控制系統及其設計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種整車懸架控制系統及其設計方法，尤其是涉及一種基于事件觸發(fā) 機制的整車懸架控制系統及其設計方法。
【背景技術】
[0002] 由于懸架系統對汽車行駛平順性、司乘舒適性及駕駛安全性等各方面有舉足輕重 的作用，所以它在汽車性能控制方面扮演著重要角色，也是近年來的研究熱點。懸架控制系 統主要包括三種控制方式:被動控制、半主動控制及主動控制。被動式懸架因其價格低廉、 結構可靠性高而被廣泛應用，但其減振能力僅依賴于系統彈簧和阻尼的自身特性，當路面 擾動不在設計范圍內時，控制效果便不理想。半主動懸架系統在被動懸架系統的基礎上，把 不可變阻尼元件替換成可變阻尼元件，使其可以通過一定的控制輸入力來控制和規(guī)劃懸架 系統，從而對變化的路面擾動具備一定的適應能力，因其僅需較少的能量輸入也被稱為無 源主動懸架系統。主動懸架系統增加了有源的力發(fā)生裝置，使其可以通過恰當的控制規(guī)律 驅動執(zhí)行機構輔助懸架系統運動，進而達到預期性能。主動懸架控制因其良好的控制效果 而廣受關注，但也存在很多研究難點，包括如何平衡汽車平順性、駕駛安全性和懸架行程限 制等這些相互矛盾的性能要求等。
[0003] 在對汽車行駛平順性進行控制的同時，還需要考慮汽車懸架系統的最大行程，汽 車行駛安全性（即車輪要始終接觸地面)和控制器飽和等限制條件。近年來，出現了很多好 的研究成果，為了達到更好的效果，也需要結合其他控制技術來設計控制器，比如線性二次 高斯控制、自適應控制、模糊控制、滑?？刂坪虷oc控制等。
[0004] 另一方面，目前大多數的研究成果都是聚焦在控制汽車平順性的效果上而很少有 人關注控制成本，但控制成本也是不容忽視的重要方面。傳統的控制方式包括連續(xù)控制和 周期控制。盡管周期控制方式更容易分析和設計，但它的控制周期并不能隨著當前系統的 狀態(tài)而實時做出調整，從資源節(jié)約和減少數據通信量的角度來說，周期控制的效果不盡如 人意。特別是越來越多的控制系統趨于通過網絡通信和數字平臺來完成控制任務，在這種 趨勢下，減少數據通信量就顯得尤為重要，這也對節(jié)約資源做出巨大貢獻。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于事件觸發(fā) 機制的整車懸架控制系統及其設計方法。
[0006 ]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0007] -種基于事件觸發(fā)機制的整車懸架控制系統，所述的整車懸架包括四個主動懸 架，該控制系統包括依次連接的事件觸發(fā)裝置、狀態(tài)觀測器、控制器和零階保持器，整車懸 架輸出端連接事件觸發(fā)裝置，所述的零階保持器連接至整車懸架輸入端形成控制回路，所 述的事件觸發(fā)裝置包括分別對應四個主動懸架的觸發(fā)器，各觸發(fā)器根據設定的事件觸發(fā)條 件觸發(fā)工作，將對應的主動懸架輸出信息傳輸至狀態(tài)觀測器，狀態(tài)觀測器將觀測的狀態(tài)信 息傳輸至控制器，控制器根據狀態(tài)觀測器觀測的狀態(tài)信息輸出相應的控制力，進而控制對 應的主動懸架工作。
[0008] 一種基于事件觸發(fā)機制的整車懸架控制系統的設計方法，該方法包括以下步驟：
[0009] (1)建立整車懸架控制系統狀態(tài)空間模型，如下：
[0010]
[0011] 其中，X為汽車狀態(tài)變量，F=[fl· f2 f3 f4]T，其中各元素記作fi，fi為控制器對第i 個主動懸架輸出控制力，1 = 1，2,3,4,〇 = [7。17。2 7。3 7。4]1'，其中各元素記作7。：1，7。：1為第1 個主動懸架受到的路面擾動，1 = 1，2,3,4，￥=[￥1￥2￥3￥4]1'，其中各元素記作￥:1，￥:1為第1 個主動懸架輸出信息，i = l，2,3,4, & =|j # d為控制目標變量，y為車身的垂直震蕩位 移，Θ為車身前后俯仰角度，爐為車身左右滾轉角度，Z2=[Ayi Ay2 Ay3 Ay4]，其中各元 素記作△ yi，△ yi為第i個主動懸架的機械行程，i = 1，2，3，4，A為汽車狀態(tài)變量參數矩陣，B 為控制器輸出控制力參數矩陣，Βω為路面擾動參數矩陣，&懸架輸出信息傳輸矩陣，C2為控 制目標變量輸出傳輸矩陣，C3為主動懸架位移偏移量輸出傳輸矩陣；
[0012] (2)設定各觸發(fā)器事件觸發(fā)條件為：
[0013]
[0014] 其中i = 1，2，3，4表示第i個主動懸架，％的=1?? - V#；)為第i個主動懸架上一 次事件發(fā)生時刻的輸出信息與當前輸出信息的差值，Vl(t)為第i個主動懸架的當前輸出信 息，為第i個主動懸架上一次事件發(fā)生時刻的輸出信息，為第i個觸發(fā)器的權重矩 陣，心為第i個觸發(fā)器的觸發(fā)閾值參數；
[0015] (3)基于整車懸架控制系統狀態(tài)空間模型和各觸發(fā)器觸發(fā)條件建立整車懸架控制 系統閉環(huán)控制模型，如下：
[0016]
[0017] 其中，
為狀態(tài)觀測器觀測誤差，
的觀測值，
為懸架系統上一次事件觸發(fā)時刻輸出信息與當前信息的差值，為懸架系 統上一次事件觸發(fā)時刻輸出信息，v(t)為懸架系統當前輸出信息，L為觀測器增益矩陣，K為 控制器增益矩陣，C為適合維數常矩陣；
[0018] (4)根據整車懸架控制系統閉環(huán)控制模型，采用李雅普諾夫穩(wěn)定性分析法建立系 統穩(wěn)定的線性矩陣不等式；
[0019] (5)建立整車懸架(1)的約束條件；
[0020] (6)根據給定擾動抑制比γ，計算能同時滿足系統穩(wěn)定的線性矩陣不等式以及懸 架系統約束條件的系統參數，包括第i個觸發(fā)器的觸發(fā)閾值參數&、第i個觸發(fā)器的權重矩 陣?:、觀測器增益矩陣L和控制器增益矩陣K。
[0021] 步驟(4)具體包括以下子步驟：
[0022] (401)根據正定矩陣
，建立李雅普諾夫函數為：
[0023]
[0024] 其中.... ..... ；
[0025] (402)對李雅普諾夫函數求導，求得使得李雅普諾夫函數導數小于0的矩陣不等式 為：
[0026]
[0027] 其中，-^ ^ .
.. 一'
，
，Λ i為與第i個觸發(fā)器相關的對角陣，其中對角線上與觸發(fā) 器i相關的元素值為1，其余為0;
[0028] (403)令XrPiBKJrPA，對式(5)進行線性化，得到系統穩(wěn)定的線性矩陣不等式：
[0029]
Λ
[0030] 其中，) 1+=1
[0031] 步驟(5)中懸架系統的約束條件包括：
[0032] (a)懸架行程約束條件：
[0033]
[0034] (b)控制器執(zhí)行輸出力約束條件：
[0035]
[0036] (c)汽車行駛安全約束條件：
[0037]
[0038] 其中，Ayi>max為第i個主動懸架的最大機械行程，Μ為常數，fi,max為控制器對第i個 主動懸架輸出最大控制力，fibad為第i個主動懸架向上作用力的上限閾值，Ni為汽車中機械 裝置對第i個主動懸架向下作用力。
[0039] 步驟(6)包括如下子步驟：
[0040] (601)任意選擇第i個觸發(fā)器的觸發(fā)閾值參數Sie(〇，l)和第i個觸發(fā)器的權重矩 陣 Φ?>0;
[0041 ] (602)將丫、61和(1^帶入式(6)，若不等式存在可行解乂，￥，？1和?2，則觀測器增益矩 陣為:1(=斤出)1,控制器增益矩陣為LiPfY，并繼續(xù)執(zhí)行步驟(603)，否則返回步驟(604); [0042] (603)將控制器增益矩陣K、正定矩陣PjPP2分別帶入式(7)、式(8)和式(9)，若同