第三节 汽车悬架减振控制

悬架是现代汽车重要组成之一，它是车身与车轮之间弹性连接的机构，一般由弹性元件、导向机构和减振器三部分组成。弹性元件用来承受并支撑垂直载荷，缓和由不平路面引起的对车身的冲击；导向机构用来传递车轮和车身之间的一切力和力矩，并确定车轮相对车身的运动规律；减振器则用以减轻、限制由冲击载荷引起的车身振动。悬架系统对汽车的平顺性、乘坐舒适性、操纵稳定性、通过性、安全性等多种性能都有很大的影响，因此，悬架系统一直是汽车设计、研究人员非常关注的问题之一。

一、汽车悬架减振控制

按照悬架控制的工作原理不同，可分为被动悬架控制、主动悬架控制和半主动悬架控制。相对于被动悬架控制和半主动悬架控制，主动悬架控制能够改善悬架系统在大频率范围内的减振性能，并能适应基于持续扰动力的系统变化^[64]。随着现代汽车技术的迅速发展，主动悬架系统控制问题得到了深入的研究，例如，对于线性悬架系统运用LQ、LQR、LQG方法^{[63-65],[152-154]}，预见控制^[155-157]，H_∞/H₂ 控制^[36,158]，LMI技术^[159]。

二、非线性悬架系统减振控制

汽车悬架系统并不是严格的线性，而是具有多种非线性，例如，轮胎的离地现象（lift-off phenomenon）^[160]，二次阻尼（quadratic damper）^[161,162]等。尤其是，由于支柱和衬套中的摩擦或叶片弹簧悬架叶片间的摩擦，造成力和位移之间表现出的迟滞特性^[162-164]。采用线性模型会使得当载荷增加时非线性弹簧与其线性模型之间的差异随之增大，只有在控制器中对非线性进行补偿，才能在长距离的车辆操作中达到性能指标。事实上，一些应用于线性系统最优减振控制的方法，同样可以扩展到非线性系统的最优减振控制中。例如，线性化方法、LQ/LQR/LQG等。但更多采用的是非线性控制方法，例如，非线性H_∞控制^[111,112]，滑模控制^[92]，非线性自适应控制^[113]，预测控制^[165]，增益预设^[166]，神经网络^[148]，反馈线性化^[149]，模糊控制^[167]，混合控制^[168]等。

三、采样悬架系统减振控制

在车载网络控制系统中，由于微处理器只能处理数字信号，而将信号传输给微处理器的传感器多数产生的是模拟信号，对于微处理器将控制命令传达到的执行器，既有需要用数字信号驱动的，也有需要用模拟信号驱动的，所以在这种情况下要采用采样系统的方式建立的模型才更为符合实际。以往对于采样系统设计控制器时是使用直接将系统离散化的方法^[16-18]，但是，这种方法对于具有较高传输速度和采样频率的数字网络控制系统具有明显的缺点：随着采样频率的增高，离散化系统会出现极限环振荡和不稳定状态。出现该情况的原因是：当采样周期很小时离散化系统矩阵收敛于单位矩阵，而不是原连续系统矩阵，这样导致采样系统所有极点位于稳定的边界上，致使系统的稳定性变差。而delta域离散化方法^[19-21]使得delta域系统矩阵在采样周期趋于零时其收敛于原连续系统矩阵，也即在高采样速率的环境下delta域模型趋于原来的连续模型，可见delta算子不仅避免了离散系统在采样周期很小时系统趋于不稳定问题，又使得连续域的各种控制器的设计方法可拓展于delta域，统一了连续时间模型和离散时间模型的描述。但这种优越性仅表现在线性系统的情况，对于非线性系统，delta域方法仍面临同样的挑战。本书结合CAN环境高采样率的特点提出的采样控制设计方法，针对原连续系统设计控制器继而对其离散化，然后将其作用于连续系统，这样构成的混杂采样系统被证明能够恢复原连续系统在其连续控制器下的性能，通过比较更接近于连续控制系统的控制效果。