本發(fā)明屬于汽車底盤技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新的半主動(dòng)油氣懸架控制系統(tǒng)及方法，尤其是一種半主動(dòng)油氣懸架系統(tǒng)的阻尼控制邏輯方法。

背景技術(shù)：

主動(dòng)懸架系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的懸架系統(tǒng)可以根據(jù)汽車的行駛條件的變化而對(duì)懸架的剛度和阻尼進(jìn)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，而改善汽車行駛的平順性和乘坐舒適性。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)油氣懸架系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛的研究，主動(dòng)油氣懸架系統(tǒng)是目前典型的主動(dòng)懸架系統(tǒng)之一。

油氣懸架系統(tǒng)，集彈性元件和減振器功能于一體，是以油液作為傳力介質(zhì)、惰性氣體作為彈性介質(zhì)，通過氣體彈簧和有減振功能的液壓缸組成。液壓缸內(nèi)部的單向閥系、阻尼孔相當(dāng)于傳統(tǒng)懸架系統(tǒng)減振器的阻尼元件。現(xiàn)已研發(fā)的汽車半主動(dòng)油氣懸架系統(tǒng)，單向閥大多采用電磁閥與步進(jìn)電機(jī)相連，通過車載電腦控制電磁閥操作，使其改變節(jié)流孔通道截面積，以達(dá)到控制阻尼大小的目的。然而，汽車在行駛過程中只有已經(jīng)受到路面不平的激勵(lì)，壓力傳感器才會(huì)檢測(cè)出變化再通過控制器改變懸架系統(tǒng)阻尼的大小。電磁閥的調(diào)節(jié)都需要一個(gè)操作時(shí)間，這就導(dǎo)致了時(shí)滯，從而削弱了油氣懸架的作用。對(duì)于復(fù)雜的優(yōu)化問題，特別是油氣懸架類非線性問題，現(xiàn)已廣泛使用的優(yōu)化算法常常會(huì)出現(xiàn)收斂性差、計(jì)算量大、受局部極值點(diǎn)的困擾，一定程度上影響了汽車行駛的平順性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，改進(jìn)上述現(xiàn)有半主動(dòng)油氣懸架系統(tǒng)控制效果改善汽車行駛平順性，減少時(shí)間延遲、獲得實(shí)時(shí)最佳懸架輸出力，本發(fā)明提供一種新的半主動(dòng)油氣懸架控制系統(tǒng)及方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種新的半主動(dòng)油氣懸架控制系統(tǒng)，包括路況探測(cè)器、位移傳感器、ecu、半主動(dòng)油氣懸架系統(tǒng)，其中，所述路況探測(cè)器安裝在車身車頭中間位置；所述半主動(dòng)油氣懸架系統(tǒng)設(shè)置四個(gè)，均為獨(dú)立懸架系統(tǒng)，每個(gè)半主動(dòng)油氣懸架系統(tǒng)配有兩個(gè)位移傳感器，分別置于懸架系統(tǒng)的頂部和底部；所述的ecu接收路況探測(cè)器、位移傳感器信息，計(jì)算位移變化率、車身垂向加速度以及ecu依據(jù)人工魚群算法計(jì)算當(dāng)前的最佳阻尼孔面積并發(fā)出控制指令；所述的路況探測(cè)器、位移傳感器、半主動(dòng)油氣懸架均分別與ecu通過can總線相連。

進(jìn)一步的，所述位移傳感器置于懸架系統(tǒng)頂部的測(cè)量車身與車輪的相對(duì)位移，所述位移傳感器置于懸架系統(tǒng)底部的測(cè)量車輪與路面的相對(duì)位移。

進(jìn)一步的，所述的半主動(dòng)油氣懸架系統(tǒng)承接車橋與車架或車身，依據(jù)不同的汽車型號(hào)須進(jìn)行具體安裝位置的調(diào)整。

根據(jù)上述的新的半主動(dòng)油氣懸架控制系統(tǒng)的方法，包括以下步驟：

1)ecu通過駕駛員預(yù)瞄、路況探測(cè)器預(yù)瞄判斷當(dāng)前行駛路面的不平度等級(jí)；

2)粗調(diào)半主動(dòng)油氣懸架阻尼；

3)ecu依據(jù)人工魚群算法計(jì)算當(dāng)前的最佳阻尼孔面積；

4)微調(diào)半主動(dòng)油氣懸架阻尼孔面積大小來改變阻尼。

進(jìn)一步的，所述步驟2)的具體方法為：ecu接收駕駛員預(yù)瞄和路況探測(cè)器預(yù)瞄的信息，判斷路面不平度等級(jí)信息，經(jīng)驗(yàn)獲得半主動(dòng)油氣懸架系統(tǒng)所需阻尼大小，對(duì)半主動(dòng)油氣懸架的阻尼孔大小進(jìn)行第一次粗調(diào)。

進(jìn)一步的，所述步驟3)、4)的具體方法為：所述ecu依據(jù)人工魚群算法，以車身垂向加速度為優(yōu)化目標(biāo)、以半主動(dòng)油氣懸架的阻尼孔面積大小為優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，求出當(dāng)前所需的最佳懸架輸出力所對(duì)應(yīng)的阻尼孔面積大小，并輸出控制指令；半主動(dòng)油氣懸架接收控制指令，阻尼閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)阻尼孔面積大小的微調(diào)。

進(jìn)一步的，所述車身垂向加速度的具體計(jì)算方法為：ecu基于半主動(dòng)油氣懸架的結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算半主動(dòng)油氣懸架的輸出力，所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包括活塞桿面積、阻尼孔面積、初始充氣壓；ecu基于車輪相對(duì)路面位移、懸架壓縮位移及壓縮速率以及車輛參數(shù)的和懸架輸出力，按照二自由度1/4車懸架振動(dòng)模型計(jì)算車身垂向加速度。

進(jìn)一步的，所述人工魚群算法的方法為：?jiǎn)蝹€(gè)魚個(gè)體位置x表示優(yōu)化半主動(dòng)油氣懸架的參數(shù)即阻尼孔面積大小，食物濃度y表示優(yōu)化目標(biāo)即車身垂向加速度，種群數(shù)量n表示懸架參數(shù)x在取值范圍內(nèi)可能取值的數(shù)量，步長(zhǎng)step表示阻尼孔面積大小每一次增加或減少的量，視覺visual表示尋優(yōu)變量范圍，最終輸出的人工魚最優(yōu)狀態(tài)為最佳阻尼孔面積大小。

有益效果：本發(fā)明提供的新的半主動(dòng)油氣懸架控制系統(tǒng)及方法，與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、通過預(yù)瞄路面的不平度等級(jí)進(jìn)行懸架阻尼的預(yù)先粗調(diào)，減少時(shí)間延遲。

2、采用人工魚群算法，收斂性較好，進(jìn)一步改善了汽車行駛的平順性問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖；

圖2為汽車外形簡(jiǎn)圖；

圖3為本發(fā)明中獨(dú)立懸架示意圖

圖4為1/4車懸架模型簡(jiǎn)化示意圖；

圖5為人工魚群算法流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明為一種新的半主動(dòng)油氣懸架控制系統(tǒng)及方法，首先通過駕駛員預(yù)瞄、路況探測(cè)器預(yù)瞄判斷當(dāng)前行駛路面的不平度等級(jí)，從而進(jìn)行半主動(dòng)油氣懸架阻尼的粗調(diào)，然后基于車輛和懸架的相關(guān)參數(shù)依據(jù)人工魚群算法計(jì)算當(dāng)前的最佳阻尼，并通過控制器改變油氣懸架阻尼孔面積大小來實(shí)現(xiàn)改變阻尼的目的。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、具有良好的應(yīng)用前景。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例

如圖2所示的一種汽車外形簡(jiǎn)圖，如圖2、3、4所示，在汽車車身車頭中央安裝路況探測(cè)器，分別在四個(gè)懸架系統(tǒng)中安裝測(cè)量懸架壓縮位移和車輪相對(duì)路面位移的兩個(gè)位移傳感器，路況探測(cè)器、位移傳感器、半主動(dòng)油氣懸架均與ecu相連。路況探測(cè)器安裝在車身前部，探測(cè)前方道路預(yù)測(cè)路面的不平度等級(jí)，以此來補(bǔ)償駕駛員預(yù)瞄判斷。車身與輪胎的相對(duì)位移即懸架壓縮位移和車輪相對(duì)地面的距離。半主動(dòng)油氣懸架系統(tǒng)承接車橋與車架或車身，依據(jù)不同的汽車型號(hào)須進(jìn)行具體安裝位置的適當(dāng)調(diào)整。

如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)的工作方法為：

1)路況探測(cè)器探測(cè)車輛行駛過程中前方道路的路面不平度等級(jí)，對(duì)駕駛員預(yù)瞄做出補(bǔ)償；

2)ecu接收駕駛員預(yù)瞄和路況探測(cè)器預(yù)瞄的路面不平度等級(jí)，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷出所需懸架阻尼大小，并輸出控制指令；

3)半主動(dòng)油氣懸架接收控制指令，阻尼閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)阻尼孔面積大小的首次粗調(diào)；

4)位移傳感器在車輛行駛過程中感知車輪相對(duì)路面位移、車身相對(duì)車輪的位移即懸架壓縮位移；

5)ecu接收車輪相對(duì)路面的位移、懸架壓縮位移信息并計(jì)算位移變化率；

6)ecu，基于車輪相對(duì)路面位移、懸架壓縮位移及壓縮速率以及其他車輛和懸架相關(guān)參數(shù)計(jì)算1/4車懸架振動(dòng)模型；如圖3所示，其中，m為簧載質(zhì)量，m為非簧載質(zhì)量，k為油氣懸架等效剛度，k為車輪等效剛度，c為油氣懸架等效阻尼，車輪阻尼不計(jì)，位移傳感器1測(cè)量車身與車輪之間的位移即懸架壓縮位移，位移傳感器2測(cè)量車輪與地面的相對(duì)位移；

7)ecu依據(jù)人工魚群算法，求出當(dāng)前所需的最佳懸架輸出力所對(duì)應(yīng)的的阻尼孔面積大小，并輸出控制指令。

8)半主動(dòng)油氣懸架接收控制指令，調(diào)節(jié)阻尼閥，實(shí)現(xiàn)阻尼孔面積大小的微調(diào)。

步驟7)中的人工魚群算法如圖5所示，其中，x為單個(gè)魚個(gè)體位置，本發(fā)明中表示優(yōu)化半主動(dòng)油氣懸架的參數(shù)即阻尼孔面積大?。粂為食物濃度，本發(fā)明中表示優(yōu)化目標(biāo)即車身垂向加速度；n為種群數(shù)量，本發(fā)明中表示懸架阻尼孔面積大小在取值范圍內(nèi)可能取值的數(shù)量；step為步長(zhǎng)，本發(fā)明中表示阻尼孔面積大小每一次增加或減少的量，visual為視覺，本發(fā)明中表示尋優(yōu)變量范圍；最終輸出的人工魚最優(yōu)狀態(tài)為當(dāng)前所需的最佳阻尼孔面積大小。人工魚群算法的具體方法為：

7-1)首先初始化種群和各參數(shù)

單個(gè)魚個(gè)體位置表示優(yōu)化半主動(dòng)油氣懸架的參數(shù)即阻尼孔面積大小，食物濃度表示優(yōu)化目標(biāo)即車身垂向加速度，種群數(shù)量表示懸架阻尼孔面積大小在取值范圍內(nèi)可能取值的數(shù)量，步長(zhǎng)表示阻尼孔面積大小每一次增加或減少的量，視覺范圍表示尋優(yōu)變量范圍，最終輸出的人工魚最優(yōu)狀態(tài)為當(dāng)前所需的最佳阻尼孔面積大小。

7-2)執(zhí)行人工魚群算法行為

a)人工魚群算法執(zhí)行覓食行為：設(shè)第i個(gè)人工魚當(dāng)前狀態(tài)為xi,在視覺范圍內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)狀態(tài)xj,若對(duì)應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)值yj優(yōu)于yi，則人工魚向該方向前進(jìn)一步，否則重新選擇一個(gè)新的狀態(tài)xj進(jìn)行嘗試，如果在嘗試一定次數(shù)后仍然不滿足前進(jìn)條件，則隨機(jī)移動(dòng)一步；

b)人工魚群算法執(zhí)行聚群行為：設(shè)第i個(gè)人工魚當(dāng)前狀態(tài)為xi，在其視覺范圍內(nèi)探索伙伴數(shù)目及中心位置xc，如果中心位置不夠擁擠且對(duì)應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)值yc優(yōu)于yi，那么人工魚向該方向前進(jìn)一步，否則執(zhí)行覓食行為；

c)人工魚群算法執(zhí)行追尾行為：設(shè)第i個(gè)人工魚當(dāng)前狀態(tài)為xi，在其視覺范圍內(nèi)搜索對(duì)應(yīng)優(yōu)化目標(biāo)值最優(yōu)的伙伴xj，若yj優(yōu)于yi且不夠擁擠，那么向最優(yōu)伙伴方向前進(jìn)一步，否則執(zhí)行覓食行為；

d)人工魚群算法執(zhí)行隨機(jī)行為：作為覓食行為的缺省行為，在執(zhí)行覓食行為時(shí)嘗試一定次數(shù)后仍不能滿足前進(jìn)條件時(shí)，在視覺范圍內(nèi)隨機(jī)選擇一個(gè)狀態(tài)然后向該方向移動(dòng)。

7-3)更新最優(yōu)人工魚狀態(tài)

執(zhí)行每次行為之后，比較優(yōu)化目標(biāo)值，記錄最優(yōu)人工魚狀態(tài)。

7-4)最終輸出為最優(yōu)人工魚狀態(tài)，即為當(dāng)前最佳阻尼孔面積大小。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。