CN102189909A

CN102189909A - 一种车辆半主动悬架天棚阻尼频率滤波控制策略

Info

Publication number: CN102189909A
Application number: CN201010121947XA
Authority: CN
Inventors: 蒋丰璘
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明涉及一种车辆半主动悬架天棚阻尼频率滤波控制方法。它利用车身加速度、车身高度、节气门开度、车辆转向角、车速传感器及制动信号实时检测悬架及车身运动状态，为电控悬架控制器提供计算控制数据。当车辆处于正常行驶状态，控制器执行天棚阻尼滤波控制算法，在提高舒适性的同时兼顾安全性；当传感器检测到车辆处于急转弯、急刹车、急加速工况，控制器中断天棚阻尼频率滤波控制，把悬架多级可调减振器的阻尼值调至最硬，以减少车身的大侧倾、点头、后座现象。该控制方法采用频率滤波控制算法，有效地控制了纯天棚阻尼控制悬架处于中高频激振时轮胎动载荷恶化的现象；同时当车辆处于急转弯、急刹车、急加速时，控制策略能有效的控制车身姿态，从而改善了车辆的行驶平顺性及操作稳定性。

Description

一种车辆半主动悬架天棚阻尼频率滤波控制策略

技术领域

本发明涉及车辆动力学减振控制技术领域，更具体地说，它涉及一种车辆半主动悬架天棚阻尼滤波控制策略。

背景技术

传统被动悬架弹簧刚度和阻尼都不可调，难以调和车辆平顺性与操作稳定性间的矛盾。电控悬架通过采集车身、车轮、减振器运动信息，实时改变减振器阻尼、弹簧刚度及车身高度，实现舒适性与安全性的协调统一。

电控半主动阻尼可调悬架，不需要或较少的消耗外界能量，因而较全主动悬架有更广泛的应用。现有的半主动阻尼可调悬架控制策略包括：天棚阻尼控制、地棚阻尼控制、混合阻尼控制、鲁棒控制、最优控制、自适应控制、模糊控制及神经网络等等。

天棚阻尼及混合阻尼控制因控制简单，效果明显而被广泛应用现有车型电控悬架控制系统中。天棚阻尼控制能有效降低车身加速度，提高车辆舒适性，但确以牺牲轮胎动载荷为代价。车辆高速行驶时，大的轮跳会危机车辆的稳定性及安全性。混合阻尼控制综合了天棚阻尼及地棚阻尼控制，它能有效改善车辆的舒适性，高速行驶时增大轮胎的抓地能力，但是它需要在车轮轴上额外安装了四个垂直加速度传感器，来检测车轮的运动状态。过多的传感器增大了系统故障率，同时给维修带来麻烦。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种车辆半主动悬架天棚阻尼频率滤波控制策略。它能有效遏制纯天棚阻尼控制悬架在中高频段轮胎动载荷恶化的现象，同时，能较好控制车辆的转弯侧倾、制动点头、加速后坐现象。

本发明提供了一种车辆半主动悬架天棚阻尼频率滤波控制策略，具体步骤如下：

1.采用四个车身加速度、四个车身高度、车辆转角、节气门开度、车速传感器及制动信号，在线提取悬架及车身运动状态。

2.当传感器没有检测到车辆处于急转弯、急加速、急刹车状态，电控半主动悬架控制器执行天棚阻尼频率滤波控制策略。

3.当传感器检测到车辆处于急转弯、急刹车、急加速工况，控制器中断天棚阻尼频率滤波控制，把多级可调减振器的阻尼值调至最硬，以减少车身的大侧倾、点头、后座现象；当车速传感器检测的车速与车辆转角传感器检测的转向角满足一定的要求，控制器认为车辆处于急转弯状态；当制动信号强弱及车速满足一定要求时，控制器认为车辆处于急刹车状态；当节气门开度传感器检测到大的节气门开度时，控制器认为车辆处于急加速状态。

4.根据权利要求2所述的天棚阻尼频率滤波控制策略，其特征在于，由车身加速度传感器检测的实时车身垂直加速度经过积分计算得到车身垂直速度及车身高度传感器检测的车身与车轮间的实时高度经微分得出车身与车轮间的相对速度；其次，控制器计算两个速度信号，得出所需的阻尼值，进而控制阻尼可调减振器，阻尼计算公式如下：

C_{s} = \{\begin{matrix} C_{sky} Z_{2} / Z_{1} & Z_{2} Z_{1} > 0 \\ 0 & Z_{2} Z_{1} \leq 0 \end{matrix}

式中：C_sky-天棚阻尼系数；Z₁-车身与车轮间的相对速度；Z₂-车身垂直速度。

5.根据权利要求2所述的天棚阻尼频率滤波控制策略，其特征在于，减振器基值阻尼系数的确定方法，实际的可调阻尼减振器阻尼系数不可能做到从零到无穷大间变化，它是在基值阻尼系数(最小阻尼)到最大阻尼系数间变化，有一定的变化范围，基值阻尼系数与最大阻尼系数的大小直接影响悬架性能的优劣，小的基值阻尼系数，可以有效的降低车身加速度提高舒适性，但是确恶化了轮胎动载荷；理论上，最大阻尼系数越大越好，但是极大的最大阻尼系数给多级可调减振器的制造带来了麻烦，基值阻尼系数的确定方法：

(1)采用Matlab/Simulink建立1/4天棚阻尼控制悬架动力学模型及白噪声积分路面模型；

(2)给出几挡从小到大的基值阻尼系数，分别模拟不同基值阻尼系数车辆在固定车速，差路面条件下，天棚阻尼控制悬架模型得出的轮胎动载荷及车身加速度；

(3)得出不同基值阻尼系数天棚阻尼控制悬架轮胎动载荷加权均方根值及车身加速度加权均方根值，进行综合对比，轮胎动载荷加权均方根值小且车身加速度加权均方根值也较小的基值阻尼系数定为所需值；

最大阻尼系数，是在满足减振器制造工艺的前提下，阻尼系数值越大越好。

6.根据权利要求2所述的天棚阻尼频率滤波控制策略，其特征在于，频率滤波控制算法的实现方法，天棚阻尼控制悬架处于中高频激振时，会出现轮胎动载荷恶化显现，为防止轮跳，控制器实时提取车身高度传感器采集的悬架动挠度及其变化率信号，对这两个实时信号作动载荷恶化频段的带通滤波处理，将结果与悬架动挠度及其变化率做比较，当两项比值均大于0.6时，认为轮胎动载荷恶化频段振幅占振动幅值的主导地位，这时减振器阻尼被调硬；确定天棚阻尼控制轮胎动载荷恶化的频段范围是实现频率滤波控制算法的关键，仿真对比天棚阻尼控制悬架与被动悬架的轮胎动载荷的幅频特性曲线，天棚阻尼控制悬架轮胎动载荷幅值明显大于被动悬架的频段即为轮胎动载荷恶化的频段。

本发明的特点：

本控制策略采用天棚阻尼频率滤波控制算法。通过应用合适的阻尼可调减振器基值阻尼系数，能较好的控制轮胎动载荷；通过频率滤波控制能有效的抑制天棚阻尼控制悬架中高频段大幅值激振的轮跳现象；通过调硬阻尼来控制急转弯侧倾、制动点头、加速后坐现象，从而改善了车辆的舒适性及安全性。

附图说明

图1是某车型纯天棚阻尼控制与被动悬架车身加速度幅频特性曲线。

图2是某车型纯天棚阻尼控制与被动悬架轮胎动载荷幅频特性曲线。

图3是某车型被动悬架减振器不同阻尼系数C车身加速度幅频特性曲线。

图4是某车型被动悬架减振器不同阻尼系数C车身加速度幅频特性曲线。

图5是天棚阻尼频率滤波控制与被动悬架车身实时加速度对比。

图6是不同控制方法轮胎动载荷对比。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详细说明，本实施例不限制本发明，凡是采用本发明相似算法及其变化，均应列入本发明的保护范围。

从图1中可以看出，某车型纯天棚阻尼控制悬架在绝大部分激振频段车身加速度传递率小于被动悬架，只有在轮胎跳动固有频率附近有所增大，故天棚阻尼控制悬架舒适性好。从图2中可以看出，纯天棚阻尼控制悬架轮胎动载荷在中高频9-16Hz范围内较被动悬架有明显恶化趋势，且在整个频段也没有较好控制。

增大天棚阻尼控制悬架的减振器基值阻尼系数，能有效控制轮胎动载荷。基值阻尼系数的确定：

(2)给出几挡从小到大的基值阻尼系数。分别模拟不同基值阻尼系数车辆在固定车速，差路面条件下，车辆实时的轮胎动载荷及车身加速度；

(3)得出不同基值阻尼系数天棚阻尼控制悬架轮胎动载荷加权均方根值及车身加速度加权均方根值。进行综合对比，轮胎动载荷加权均方根值小且车身加速度加权均方根值也较小的基值阻尼系数定为所需值。

采用频率滤波控制能遏制车辆过大的轮跳。以某车型为例，控制器实时提取车身高度传感器采集的悬架动挠度及其变化率信息，对这两个实时信息做动载荷恶化频段(9-16Hz)的带通滤波处理，将结果与悬架动挠度及其变化率做比较，当两项比值都大于0.6时，认为轮胎动载荷恶化频段振幅占振动幅值的主导成分，这时减振器阻尼系数被调至合适的硬值。从图4可以看出，随着阻尼系数C的增大被动悬架在激振频率为9-16Hz范围内轮胎动载荷明显减小，且从图3中可以看出，增大阻尼系数C，车身加速度在轮胎跳振固有频率附近也有所减小。经分析，当9-16Hz的激振占路面激振的主导成分时，该车型频率滤波控制把减振器的阻尼系数调到3500N·s/m，能很好的控制轮跳及车身振动。

当传感器检测到车辆处于急转弯、急刹车、急加速工况，控制器中断天棚阻尼频率滤波控制，把多级可调减振器的阻尼值调至最硬，以减少车身的大侧倾、点头、后座现象。

从图5中可以看出，当车速为20m/s，行驶在D级路面时，该车辆天棚阻尼滤波控制的实时车身加速度明显小于被动悬架。从图6中可以看出，当路面激振为正弦波，且频率为12Hz幅值为0.02m时(该频率正好处在动载荷恶化的频段范围内)，频率滤波控制轮胎动载荷要优于被动悬架和天棚阻尼控制悬架。

Claims

C_{s} = \{\begin{matrix} C_{sky} Z_{2} / Z_{1} & Z_{2} Z_{1} > 0 \\ 0 & Z_{2} Z_{1} \leq 0 \end{matrix}