專利名稱：汽車半主動(dòng)懸架系統(tǒng)實(shí)時(shí)最佳阻尼控制算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車半主動(dòng)系統(tǒng)，特別是汽車半主動(dòng)懸架系統(tǒng)阻尼控制算法。
背景技術(shù)：
汽車在實(shí)際行駛過(guò)程中，車速和行駛路況是不斷變化的。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和汽車行駛速度的不斷提高，人們對(duì)汽車行駛安全性和乘坐舒適性提出了更高的要求。汽車半主動(dòng)懸架系統(tǒng)阻尼的控制方法對(duì)懸架的性能具有至關(guān)重要的作用，它直接影響汽車的操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性和行駛安全性。對(duì)于汽車半主動(dòng)懸架系統(tǒng)而言，必然要求其阻尼隨車速和汽車當(dāng)前行駛路況連續(xù)可調(diào)，在保證汽車安全行駛的前提下，使乘坐舒適性達(dá)到最佳。目前，國(guó)、內(nèi)外很多學(xué)者已對(duì)半主動(dòng)懸架阻尼的控制方法進(jìn)行了大量研究，應(yīng)用較多的是基于速度的控制方法和基于路面譜輸入及車身加速度的控制方法。其中較成功且應(yīng)用 最多的控制方法是基于速度控制的天棚控制方法及其改進(jìn)的控制方法，采用這兩種控制方法的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)較之于被動(dòng)懸架具有較好的減振性能，但是它們都不能保證對(duì)操縱穩(wěn)定性進(jìn)行改善，并未解決好懸架系統(tǒng)乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性這一矛盾。國(guó)內(nèi)、外車輛工程專家已對(duì)半主動(dòng)懸架阻尼比進(jìn)行了大量研究，曾單獨(dú)以車身振動(dòng)加速度或車輪動(dòng)載建立目標(biāo)函數(shù)，對(duì)懸架系統(tǒng)阻尼匹配進(jìn)行了研究，但是由于懸架阻尼比決定車輛的乘坐舒適性和行駛安全性，且兩者是相互矛盾和相互影響的。據(jù)所查閱資料可知，目前國(guó)內(nèi)、外尚未能建立在不同行駛工況下安全性和舒適性相統(tǒng)一的實(shí)時(shí)最佳阻尼比數(shù)學(xué)模型，半主動(dòng)懸架設(shè)計(jì)只能根據(jù)被動(dòng)懸架阻尼比的可行性設(shè)計(jì)區(qū)(O. 2 O. 5)內(nèi)，按照車輛類型和行駛路況，憑經(jīng)驗(yàn)選擇有限個(gè)(2或3個(gè))阻尼比值，對(duì)可控減振器節(jié)流閥參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在不同行駛工況下很難使車輛達(dá)到最佳減振效果。為了更好地改善半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的性能，解決懸架系統(tǒng)乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性之間的矛盾，必須開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)最佳阻尼匹配半主動(dòng)懸架系統(tǒng)阻尼的控制算法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種實(shí)時(shí)最佳阻尼匹配半主動(dòng)懸架系統(tǒng)阻尼的控制算法。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的一種實(shí)時(shí)最佳阻尼匹配半主動(dòng)懸架系統(tǒng)阻尼的控制方法，其技術(shù)方案如下
(I)確定車輛當(dāng)前行駛路況的功率譜密度:利用加速度傳感器測(cè)得車身垂直振動(dòng)加
速度4，車速傳感器測(cè)得車輛行駛速度v和阻尼控制量(電壓或者步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角等)求得懸架系統(tǒng)當(dāng)前阻尼比6再根據(jù)車輛單輪簧上質(zhì)量、單輪簧下質(zhì)量％、懸架彈簧剛度Γ、輪胎剛度盡和
車身固有頻率^確定車輛當(dāng)前行駛路面功率譜⑷,其中，,為參考空間頻率, ;
M1 M|1λ0 = U im 1
(2)計(jì)算當(dāng)前行駛路況下懸架系統(tǒng)所需要的動(dòng)限位行程[A]:根據(jù)行駛車速v和路面
功率譜密度3( ),利用懸架動(dòng)撓度概率分布與標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系，確定此時(shí)懸架系統(tǒng)所需要
1*0.03 O < GfC^) <32x10^
一一口。\ 0,07 32XIO^ <G4(Mfi) <512x10^
的動(dòng)限似行feU]-j 0—09 512x10^ <:Of( ) <2048x10^ ;
(0.135 GfC^) >2048x10^ (3)確定當(dāng)前車速和路況下的懸架系統(tǒng)實(shí)時(shí)最佳阻尼比η根據(jù)車輛懸架單輪簧上質(zhì)量％、簧下質(zhì)量^、懸架彈簧剛度r、輪胎剛度車身固有頻率A、路面功率譜密度％<%)、車速v和懸架動(dòng)限位行程L4],確定當(dāng)前車速v和路況( )下懸架系統(tǒng)實(shí)
時(shí)最佳阻尼比 4 = 9πσψ(Μ0)φ^...............,且當(dāng) 。<^.ρ 時(shí)，取 。=~.ρ^ ；當(dāng)
WmLJdJiV ^rK^ I Vk
e、I /1+ Vh -2-2^I |l + /· firk -2-2r
4 J^~ + °^T____________時(shí),取矣^+ ............ ;
^ I Vi ii+rm)2\ 4 . Cl + ,)
(4)確定簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度i:利用車身振動(dòng)加速度傳感器測(cè)得的車身垂直振動(dòng)加速度4，求得車身垂直運(yùn)動(dòng)速度^ ;利用車輪振動(dòng)加速度傳感器測(cè)得的車輪垂直振動(dòng)加速度-求得車輪垂直運(yùn)動(dòng)速度A ;根據(jù)車身垂直運(yùn)動(dòng)速度4和車輪垂直運(yùn)動(dòng)速度4，計(jì)算簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度^ = - ；
(5)確定當(dāng)前車速v和路況％《％)下的減振器最佳阻尼系數(shù)根據(jù)所確定的懸架系統(tǒng)實(shí)時(shí)最佳阻尼比 ,、懸架系統(tǒng)單輪簧上質(zhì)量〃,、懸架剛度ii、減振器安裝杠桿比s和減振器安裝角3，確定當(dāng)前車速￥和路況下的減振器最佳阻尼系數(shù)
—H 如
Q I C°L^~，其中，為平安比，且 ；
2ψ3φ..... [i|>o.3
jji cos θηη >1
(6)確定當(dāng)前車速ν和路況下的最佳阻尼力&:根據(jù)步驟(4)確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度i及步驟(5)確定的減振器最佳阻尼系數(shù)確定當(dāng)前車速v和路況$(~)下的最佳阻
尼力K = CJ，并通過(guò)控制系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)可控減振器達(dá)到所要求的阻尼力本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明提供的汽車半主動(dòng)懸架系統(tǒng)最佳阻尼的控制算法，是以半主動(dòng)懸架系統(tǒng)最佳阻尼匹配作為控制目標(biāo)，通過(guò)控制可控減振器最佳阻尼，使懸架系統(tǒng)達(dá)到最佳阻尼匹配。該控制算法簡(jiǎn)單易實(shí)施，且利用該控制算法可明顯改善懸架的性能，很好地解決懸架系統(tǒng)乘坐舒適性和汽車行駛安全性之間的矛盾。


為了更好地理解本發(fā)明下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步說(shuō)明。圖I是實(shí)時(shí)汽車主動(dòng)懸架系統(tǒng)最佳阻尼的控制算法原理圖。圖2是實(shí)施例在車速60km/h時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角隨路況的控制曲線。圖3是實(shí)施例在車速100km/h時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角隨路況的控制曲線。 圖4是實(shí)施例的車身垂直加速度的幅頻特性曲線。圖5是實(shí)施例的懸架動(dòng)撓度的幅頻特性曲線。圖6是實(shí)施例的車輪相對(duì)動(dòng)載的幅頻特性曲線。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)一實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。某轎車懸架系統(tǒng)單輪簧上質(zhì)量，=240kg、簧下質(zhì)量叫=24kg ;懸架彈簧剛度r=9475N/m和輪胎剛度A =85270N/m ;車身固有頻率X =1. OHz ;可控筒式液壓減振器安裝杠桿比i =0. 8、安裝角S =10° ο本發(fā)明實(shí)施例所提供的實(shí)時(shí)最佳阻尼匹配半主動(dòng)懸架系統(tǒng)阻尼的控制方法，控制流程如圖I所示，具體步驟如下
(1)確定車輛行駛路況的功率譜密度Gfij(Sfl):利用車身振動(dòng)加速度傳感器測(cè)得車身振動(dòng)加速度4，車速傳感器測(cè)得車輛行駛速度V及步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角a'反求得當(dāng)前阻尼比確定
路面功率譜％0%)；
(2)計(jì)算當(dāng)前行駛路況％<氣)下的懸架動(dòng)撓度限位行程[/d]:根據(jù)行駛車速v和路面功率譜密度,利用懸架動(dòng)撓度概率分布與標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系，確定懸架動(dòng)撓度限位行程；
(3)確定當(dāng)前車速v和路況$( )下所需要的最佳阻尼比4:根據(jù)轎車懸架系統(tǒng)單輪簧上質(zhì)量wS =240kg、簧下質(zhì)量》1 =24kg、懸架彈簧剛度r =9475N/m、輪胎剛度4 =85270N/m、車身固有頻率/a =1.0Hz、路面功率譜密度、車速及懸架動(dòng)限位行程L4],確定當(dāng)前車速和路況下所需要的最佳阻尼比= OXmilSGf(M0)Vflfi]3，且當(dāng)0.174時(shí),取^ = 0.175 ;當(dāng)4之0.413時(shí)，取A = 0.413,其中rk= 9, =10 4為參考空間頻率J0=OiIm-1 ；
(4)確定當(dāng)前車速v和路況下所需要的最佳阻尼系數(shù)根據(jù)懸架系統(tǒng)單輪簧上質(zhì)星=240kg、懸架剛度f(wàn) =9475N/m、減振器女裝杠桿比 =0. 8、減振器女裝角$ =10及當(dāng)前車速和路況下的最佳阻尼比4，確定當(dāng)前車速和路況％嶙)下所需要的最佳阻尼系數(shù)。。=4858.954 ;
(5)確定簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度利用車身振動(dòng)加速度傳感器測(cè)得的車身振動(dòng)加速度^，估算簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度i ;
(6)確定當(dāng)前車速v和路況5( )下所需要的最佳阻尼C。及阻尼力F。根據(jù)步驟(4)確定的最佳阻尼系數(shù)q及步驟(5)確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，確定當(dāng)前車速和路況3( )下
所需要的最佳阻尼力巧=C。念，通過(guò)控制可控減振器達(dá)到所要求的最佳阻尼力/；。圖2是實(shí)施例在車速60km/h時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角隨路況的控制曲線，圖3是實(shí)施例在車速100km/h時(shí)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角隨路況的控制曲線。通過(guò)分析圖2和圖3可知，同一車速下， 行駛在良好路面上時(shí)，可控減振器在舒適性最佳阻尼比下工作，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)較小的度數(shù)；行駛在差路面上時(shí)，可控減振器在安全性最佳阻尼比下工作，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)較大的度數(shù)；隨著路面狀況變差，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角逐漸增大。在低車速下行駛，步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)的路面等級(jí)帶寬大；在高車速下行駛，步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)的路面等級(jí)帶寬小。圖4是實(shí)施例的車身垂直加速度的幅頻特性曲線，圖5是實(shí)施例的懸架動(dòng)撓度的幅頻特性曲線，圖6是實(shí)施例的車輪相對(duì)動(dòng)載的幅頻特性曲線。由圖Γ圖6可知，與被動(dòng)懸架相比，由于該轎車采用了半主動(dòng)懸架系統(tǒng)最佳阻尼的控制算法，車身振動(dòng)加速度在低頻共振區(qū)的峰值明顯降低，車輪動(dòng)載荷和懸架彈簧動(dòng)撓度在低頻和高頻共振區(qū)的峰值也得到明顯改善。由此可知，采用半主動(dòng)懸架系統(tǒng)最佳阻尼的控制算法，可明顯地改善懸架的性能，使車輛懸架達(dá)到最佳阻尼匹配，很好地解決懸架系統(tǒng)乘坐舒適性和汽車行駛安全性之間的矛盾。
權(quán)利要求
1.基于車速和行駛路況的汽車半主動(dòng)懸架最佳阻尼比控制方法，其具體步驟如下 (1)確定路況的功率譜密度:利用加速度傳感器測(cè)得車身垂直振動(dòng)加速度·車速傳感器測(cè)得車輛行駛速度V和阻尼控制量(電壓或者步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角等)求得懸架系統(tǒng)當(dāng)前阻尼比 ，再根據(jù)車輛單輪簧上質(zhì)量％、單輪簧下質(zhì)量 、懸架彈簧剛度Z、輪胎剛度ち和車身固有頻車確定車輛當(dāng)前行駛路面功率譜
2.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的基于車速和行駛路況的汽車半主動(dòng)懸架最佳阻尼比控制方法，其特征在于利用加速度傳感器測(cè)得車身垂直振動(dòng)加速度ら，車速傳感器測(cè)得車輛行駛速度V和阻尼控制量(電壓或者步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角等)，可確定出懸架系統(tǒng)的當(dāng)前阻尼比f(wàn)，并且根據(jù)車輛單輪簧上質(zhì)量％、單輪簧下質(zhì)量 、懸架彈簧剛度r、輪胎剛度ち和車身固有頻車可確定車輛當(dāng)前行駛路況的路面功率譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的基于車速和行駛路況的汽車半主動(dòng)懸架最佳阻尼比控制方法，其特征在干利用懸架動(dòng)撓度概率分布與其標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系，確定車輛當(dāng)前所需要的懸架動(dòng)撓度限位行程L4]。
4.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的基于車速和行駛路況的汽車半主動(dòng)懸架最佳阻尼比控制方法，其特征在于根據(jù)車輛懸架單輪簧上質(zhì)量^、簧下質(zhì)量 、懸架彈簧剛度ζ、輪胎剛度,車身固有頻率;^、路面功率譜密度$<氣)、車速ν和懸架動(dòng)限位行程[/d],確定當(dāng)前車速和路況n 、下懸架系統(tǒng)實(shí)時(shí)最佳阻尼比4 =—た？，并且可通過(guò)控制VVgraLJfdJ步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度α，調(diào)節(jié)可控減振器阻尼孔面積達(dá)到所要求的最佳阻尼系數(shù)G及可最佳阻尼力/^。
全文摘要
本發(fā)明涉及連續(xù)控制式半主動(dòng)懸架系統(tǒng)最佳阻尼的控制算法，是為更好地滿足人們對(duì)乘坐舒適性和汽車行駛安全性要求而研發(fā)的。利用傳感器測(cè)得車身振動(dòng)加速度信號(hào)、車速信號(hào)和轉(zhuǎn)角信號(hào)，根據(jù)傳感器所測(cè)得的信號(hào)感知車輛當(dāng)前行駛路況及懸架系統(tǒng)阻尼比；根據(jù)測(cè)得的車身和車輪振動(dòng)加速度，得到車身和車輪垂直運(yùn)動(dòng)速度及它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；根據(jù)車輛參數(shù)確定出當(dāng)前車速和路況下所要求的減振器最佳阻尼系數(shù)和阻尼力，并通過(guò)控制器輸出步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角控制信號(hào)，控制調(diào)節(jié)可控減振器阻尼節(jié)流孔的面積，使半主動(dòng)懸架系統(tǒng)達(dá)到所要求的最佳阻尼和阻尼力。本發(fā)明所提供的半主動(dòng)懸架最佳阻尼控制算法，簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)執(zhí)行元件的動(dòng)態(tài)性能要求低，有利于半主動(dòng)懸架的應(yīng)用和推廣。
文檔編號(hào)B60G17/015GK102729760SQ20121024568
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者周長(zhǎng)城, 李紅艷, 趙雷雷 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)