專利名稱：汽車半主動懸架系統(tǒng)實時最佳阻尼控制算法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及汽車半主動系統(tǒng)，特別是汽車半主動懸架系統(tǒng)阻尼控制算法。
背景技術：
汽車在實際行駛過程中，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。汽車半主動懸架系統(tǒng)阻尼的控制方法對懸架的性能具有至關重要的作用，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。對于汽車半主動懸架系統(tǒng)而言，必然要求其阻尼隨車速和汽車當前行駛路況連續(xù)可調，在保證汽車安全行駛的前提下，使乘坐舒適性達到最佳。目前，國、內外很多學者已對半主動懸架阻尼的控制方法進行了大量研究，應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的控制方法，采用這兩種控制方法的半主動懸架系統(tǒng)較之于被動懸架具有較好的減振性能，但是它們都不能保證對操縱穩(wěn)定性進行改善，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。國內、外車輛工程專家已對半主動懸架阻尼比進行了大量研究，曾單獨以車身振動加速度或車輪動載建立目標函數(shù)，對懸架系統(tǒng)阻尼匹配進行了研究，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，目前國內、外尚未能建立在不同行駛工況下安全性和舒適性相統(tǒng)一的實時最佳阻尼比數(shù)學模型，半主動懸架設計只能根據(jù)被動懸架阻尼比的可行性設計區(qū)(O. 2 O. 5)內，按照車輛類型和行駛路況，憑經(jīng)驗選擇有限個(2或3個)阻尼比值，對可控減振器節(jié)流閥參數(shù)進行設計，在不同行駛工況下很難使車輛達到最佳減振效果。為了更好地改善半主動懸架系統(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，必須開發(fā)實時最佳阻尼匹配半主動懸架系統(tǒng)阻尼的控制算法。

發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種實時最佳阻尼匹配半主動懸架系統(tǒng)阻尼的控制算法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明所提供的一種實時最佳阻尼匹配半主動懸架系統(tǒng)阻尼的控制方法，其技術方案如下
(I)確定車輛當前行駛路況的功率譜密度:利用加速度傳感器測得車身垂直振動加
速度4，車速傳感器測得車輛行駛速度v和阻尼控制量(電壓或者步進電機轉角等)求得懸架系統(tǒng)當前阻尼比6再根據(jù)車輛單輪簧上質量、單輪簧下質量％、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)計算當前行駛路況下懸架系統(tǒng)所需要的動限位行程[A]:根據(jù)行駛車速v和路面
功率譜密度3( ),利用懸架動撓度概率分布與標準差的關系，確定此時懸架系統(tǒng)所需要
1*0.03 O < GfC^) <32x10^
一一口。\ 0,07 32XIO^ <G4(Mfi) <512x10^
的動限似行feU]-j 0—09 512x10^ <:Of( ) <2048x10^ ;
(0.135 GfC^) >2048x10^ (3)確定當前車速和路況下的懸架系統(tǒng)實時最佳阻尼比η根據(jù)車輛懸架單輪簧上質量％、簧下質量^、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和懸架動限位行程L4],確定當前車速v和路況( )下懸架系統(tǒng)實
時最佳阻尼比 4 = 9πσψ(Μ0)φ^...............,且當 。<^.ρ 時，取 。=~.ρ^ ；當
WmLJdJiV ^rK^ I Vk
e、I /1+ Vh -2-2^I |l + /· firk -2-2r
4 J^~ + °^T____________時,取矣^+ ............ ;
^ I Vi ii+rm)2\ 4 . Cl + ,)
(4)確定簧上質量和簧下質量的相對運動速度i:利用車身振動加速度傳感器測得的車身垂直振動加速度4，求得車身垂直運動速度^ ;利用車輪振動加速度傳感器測得的車輪垂直振動加速度-求得車輪垂直運動速度A ;根據(jù)車身垂直運動速度4和車輪垂直運動速度4，計算簧上質量和簧下質量的相對運動速度^ = - ；
(5)確定當前車速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)實時最佳阻尼比 ,、懸架系統(tǒng)單輪簧上質量〃,、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)確定的相對運動速度i及步驟(5)確定的減振器最佳阻尼系數(shù)確定當前車速v和路況$(~)下的最佳阻
尼力K = CJ，并通過控制系統(tǒng)控制調節(jié)可控減振器達到所要求的阻尼力本發(fā)明比現(xiàn)有技術具有的優(yōu)點
本發(fā)明提供的汽車半主動懸架系統(tǒng)最佳阻尼的控制算法，是以半主動懸架系統(tǒng)最佳阻尼匹配作為控制目標，通過控制可控減振器最佳阻尼，使懸架系統(tǒng)達到最佳阻尼匹配。該控制算法簡單易實施，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)明下面結合附圖作進一步說明。圖I是實時汽車主動懸架系統(tǒng)最佳阻尼的控制算法原理圖。圖2是實施例在車速60km/h時步進電機轉角隨路況的控制曲線。圖3是實施例在車速100km/h時步進電機轉角隨路況的控制曲線。 圖4是實施例的車身垂直加速度的幅頻特性曲線。圖5是實施例的懸架動撓度的幅頻特性曲線。圖6是實施例的車輪相對動載的幅頻特性曲線。
具體實施例方式下面通過一實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。某轎車懸架系統(tǒng)單輪簧上質量，=240kg、簧下質量叫=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)明實施例所提供的實時最佳阻尼匹配半主動懸架系統(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):利用車身振動加速度傳感器測得車身振動加速度4，車速傳感器測得車輛行駛速度V及步進電機轉角a'反求得當前阻尼比確定
路面功率譜％0%)；
(2)計算當前行駛路況％<氣)下的懸架動撓度限位行程[/d]:根據(jù)行駛車速v和路面功率譜密度,利用懸架動撓度概率分布與標準差的關系，確定懸架動撓度限位行程；
(3)確定當前車速v和路況$( )下所需要的最佳阻尼比4:根據(jù)轎車懸架系統(tǒng)單輪簧上質量wS =240kg、簧下質量》1 =24kg、懸架彈簧剛度r =9475N/m、輪胎剛度4 =85270N/m、車身固有頻率/a =1.0Hz、路面功率譜密度、車速及懸架動限位行程L4],確定當前車速和路況下所需要的最佳阻尼比= OXmilSGf(M0)Vflfi]3，且當0.174時,取^ = 0.175 ;當4之0.413時，取A = 0.413,其中rk= 9, =10 4為參考空間頻率J0=OiIm-1 ；
(4)確定當前車速v和路況下所需要的最佳阻尼系數(shù)根據(jù)懸架系統(tǒng)單輪簧上質星=240kg、懸架剛度f =9475N/m、減振器女裝杠桿比 =0. 8、減振器女裝角$ =10及當前車速和路況下的最佳阻尼比4，確定當前車速和路況％嶙)下所需要的最佳阻尼系數(shù)。。=4858.954 ;
(5)確定簧上質量和簧下質量的相對運動速度利用車身振動加速度傳感器測得的車身振動加速度^，估算簧上質量和簧下質量的相對運動速度i ;
(6)確定當前車速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)確定的相對運動速度，確定當前車速和路況3( )下
所需要的最佳阻尼力巧=C。念，通過控制可控減振器達到所要求的最佳阻尼力/；。圖2是實施例在車速60km/h時步進電機轉角隨路況的控制曲線，圖3是實施例在車速100km/h時步進電機轉角隨路況的控制曲線。通過分析圖2和圖3可知，同一車速下， 行駛在良好路面上時，可控減振器在舒適性最佳阻尼比下工作，步進電機轉動較小的度數(shù)；行駛在差路面上時，可控減振器在安全性最佳阻尼比下工作，步進電機轉動較大的度數(shù)；隨著路面狀況變差，步進電機轉角逐漸增大。在低車速下行駛，步進電機調節(jié)的路面等級帶寬大；在高車速下行駛，步進電機調節(jié)的路面等級帶寬小。圖4是實施例的車身垂直加速度的幅頻特性曲線，圖5是實施例的懸架動撓度的幅頻特性曲線，圖6是實施例的車輪相對動載的幅頻特性曲線。由圖Γ圖6可知，與被動懸架相比，由于該轎車采用了半主動懸架系統(tǒng)最佳阻尼的控制算法，車身振動加速度在低頻共振區(qū)的峰值明顯降低，車輪動載荷和懸架彈簧動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。
權利要求
1.基于車速和行駛路況的汽車半主動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得車身垂直振動加速度·車速傳感器測得車輛行駛速度V和阻尼控制量(電壓或者步進電機轉角等)求得懸架系統(tǒng)當前阻尼比 ，再根據(jù)車輛單輪簧上質量％、單輪簧下質量 、懸架彈簧剛度Z、輪胎剛度ち和車身固有頻車確定車輛當前行駛路面功率譜
2.根據(jù)權利要求I中所述的基于車速和行駛路況的汽車半主動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得車身垂直振動加速度ら，車速傳感器測得車輛行駛速度V和阻尼控制量(電壓或者步進電機轉角等)，可確定出懸架系統(tǒng)的當前阻尼比f，并且根據(jù)車輛單輪簧上質量％、單輪簧下質量 、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前行駛路況的路面功率譜。
3.根據(jù)權利要求I中所述的基于車速和行駛路況的汽車半主動懸架最佳阻尼比控制方法，其特征在干利用懸架動撓度概率分布與其標準差的關系，確定車輛當前所需要的懸架動撓度限位行程L4]。
4.根據(jù)權利要求I中所述的基于車速和行駛路況的汽車半主動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量^、簧下質量 、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和懸架動限位行程[/d],確定當前車速和路況n 、下懸架系統(tǒng)實時最佳阻尼比4 =—た？，并且可通過控制VVgraLJfdJ步進電機轉動一定角度α，調節(jié)可控減振器阻尼孔面積達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)控制式半主動懸架系統(tǒng)最佳阻尼的控制算法，是為更好地滿足人們對乘坐舒適性和汽車行駛安全性要求而研發(fā)的。利用傳感器測得車身振動加速度信號、車速信號和轉角信號，根據(jù)傳感器所測得的信號感知車輛當前行駛路況及懸架系統(tǒng)阻尼比；根據(jù)測得的車身和車輪振動加速度，得到車身和車輪垂直運動速度及它們之間的相對運動速度；根據(jù)車輛參數(shù)確定出當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，并通過控制器輸出步進電機轉角控制信號，控制調節(jié)可控減振器阻尼節(jié)流孔的面積，使半主動懸架系統(tǒng)達到所要求的最佳阻尼和阻尼力。本發(fā)明所提供的半主動懸架最佳阻尼控制算法，簡單易于實現(xiàn)，對執(zhí)行元件的動態(tài)性能要求低，有利于半主動懸架的應用和推廣。
文檔編號B60G17/015GK102729760SQ20121024568
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權日2012年7月17日
發(fā)明者周長城, 李紅艷, 趙雷雷 申請人:山東理工大學