CN105857007A - 一种复合式互联空气悬架及其互联模式控制方法 - Google Patents

一种复合式互联空气悬架及其互联模式控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种车辆空气悬架系统中的复合式互联空气悬架及其互联模式控制方法，在传统互联空气悬架基础上添设了横向互联管路、纵向互联管路和对角互联管路，互联状态均通过空气弹簧实现而无需减振器参与，在每个互联管路中添设电磁阀，实现非互联、横向互联、纵向互联、四角互联、对角互联五种互联模式；一方面，利用非互联、横向互联、纵向互联、四角互联四种互联模式，兼备调节空气悬架侧倾刚度和俯仰刚度两方面的能力，进一步缓解车辆操纵稳定性和行驶平顺性的矛盾；另一方面，利用对角互联模式，使车辆在高速行驶时，一是可在一定程度上提升行驶平顺性，二是保证了一定的操纵稳定性，从而降低了对控制系统灵敏度需求，保障了行驶安全。

Description

一种复合式互联空气悬架及其互联模式控制方法
技术领域
本发明涉及车辆的空气悬架系统，具体涉及一种互联模式可切换的空气悬架系统。
背景技术
空气悬架由于其优良的刚度特性和便于车身高度调节等特点，在现代汽车领域应用日益广泛。互联空气悬架是传统空气悬架的一种衍生结构，它将传统空气悬架中相邻两空气弹簧用气动管路连接起来，根据气动管路的连接方式，可分为横向互联空气悬架和纵向互联空气悬架，横向互联空气悬架是将左右同轴空气弹簧相连，纵向互联空气悬架是将前后同侧空气弹簧相连。连接相邻空气弹簧的气动管路中间一般设有电磁阀，可根据行驶工况调节电磁阀开闭，切换空气悬架互联模式，缓解车辆行驶平顺性与操纵稳定性的矛盾。
传统横向互联空气悬架具有“横向互联”和“非互联”两种模式。与非互联模式相比，横向互联模式会较大幅度降低悬架侧倾刚度，这样可提升车辆行驶平顺性，但降低转弯工况下的操纵稳定性；车辆行驶时可利用电磁阀切换互联模式：当车辆直线行驶时进入“横向互联”模式，当车辆转弯时进入“非互联”模式，如此可缓解车辆行驶平顺性与操纵稳定性的矛盾，提升车辆综合动力学性能。
传统纵向互联空气悬架具有“纵向互联”和“非互联”两种模式。与非互联模式相比，纵向互联模式会较大幅度降低悬架俯仰刚度，这样可提升车辆行驶平顺性，但降低起步及制动（加速度较大）工况下的操纵稳定性；车辆行驶时可利用电磁阀切换互联模式：当车速加速度较小时进入“纵向互联”模式，当车辆加速度较大时进入“非互联”模式，同样可提升车辆综合动力学性能。
然而，横向互联空气悬架仅能调节侧倾刚度，无法调节俯仰刚度；反之，纵向互联空气悬架仅能调节俯仰刚度，无法调节侧倾刚度。此外，无论横向互联空气悬架还是纵向互联空气悬架，若仅有“横向（或纵向）互联”和“非互联”两种模式，则对控制系统的灵敏度要求极高。这是因为，无论横向互联模式或是纵向互联模式，都是以牺牲操纵稳定性为代价提升行驶平顺性的，当车辆高速行驶时，若突然进入转弯、紧急制动等工况，则控制系统需在极短时间内关闭互联电磁阀，切换到非互联模式，否则容易导致交通事故。
根据互联空气悬架近年研究成果，空气悬架的互联效果与互联管路长度呈反相关性，与互联管路内径呈正相关性，这为解决互联空气悬架对控制系统灵敏度要求极高这一问题提供了新的思路：可设计一组辅助型互联管路，这组互联管路长度较长内径较小，当空气弹簧用这组互联管路联通时，只能发挥部分互联效果，即行驶平顺性小幅提升，操纵稳定性小幅下降。该互联模式可作为一种“缓冲模式”，适用于车速较高的行驶工况。由于操纵稳定性下降幅度不大，即便车辆突然进入转弯、紧急制动等工况，仍可避免事故发生，从而在很大程度上降低了对控制系统的灵敏度的要求。
发明内容
本发明的目的针对现有技术的不足，利用互联空气悬架近年研究成果，提出一种适用于四轮车辆的复合式互联空气悬架，实现非互联、横向互联、纵向互联、四角互联、对角互联五种互联模式，同时提出该复合式互联空气悬架的控制方法，使空气悬架具备传统横向互联空气悬架调节侧倾刚度的能力，又具备传统纵向互联空气悬架调节俯仰刚度的能力，使车辆的行驶平顺性与操纵稳定性介于横/纵向互联和非互联之间，降低对控制系统灵敏度的要求。
本发明一种复合式互联空气悬架采用的技术方案是：前右空气弹簧和前左空气弹簧之间连接第一个横向互联管路，在第一个横向互联管路上装有第一个横向互联电磁阀，后右空气弹簧和后左空气弹簧之间连接第二个横向互联管路，在第二个横向互联管路上装有第二个横向互联电磁阀；前左空气弹簧和后左空气弹簧之间连接第一个纵向互联管路，在第一个纵向互联管路上装有第一个纵向互联电磁阀；前右空气弹簧和后右空气弹簧之间连接第二个纵向互联管路，在第二个纵向互联管路上装有第二个纵向互联电磁阀，前右空气弹簧和后左空气弹簧之间连接第一个对角互联管路，在第一个对角互联管路上装有第一个对角互联电磁阀；前左空气弹簧和后右空气弹簧之间连接第二个对角互联管路，在第二个对角互联管路上装有第二个对角互联电磁阀；所有的所述互联电磁阀分别通过各自的信号线连接驱动电路的输出端，驱动电路的输入端连接控制系统的输出端，控制系统的输入端分别连接车速传感器和转向盘转角传感器。
本发明一种复合式互联空气悬架的互联模式控制方法采用的技术方案是包括以下步骤：
A、将一个转向盘转角阈值φ、一个车速阈值v和一个加速度阈值|a|预设在控制系统中，车速传感器实时采集车辆的当前车速vt，转向盘转角传感器实时采集当前转向盘转角φt，将当前车速vt和当前转向盘转角φt提供给控制系统，控制系统求取当前车速vt对时间的导数并取绝对值，获得当前加速度|at|；
B、控制系统先将当前车速vt与车速阈值v作比较，再将当前转向盘转角φt与转向盘转角阈值φ作比较、将当前加速度|at|与加速度阈值|a|作比较：
①若vt<v，φt<φ，|at|<|a|，判断当前互联模式为四角互联模式，则驱动电路控制两个横向互联电磁阀开启、两个纵向互联电磁阀开启，两个对角互联电磁阀关闭；
②若vt≥v，φt<φ，|at|<|a|，判断当前互联模式为对角互联模式，驱动电路控制两个对角互联电磁阀开启、两个横向互联电磁阀关闭、两个纵向互联电磁阀关闭。
进一步地，步骤B中：比较结果是若vt<v，φt<φ，|at|≥|a|，判断当前互联模式为横向互联模式，驱动电路控制两个横向互联电磁阀开启、两个纵向互联电磁阀关闭、两个对角互联电磁阀关闭。
进一步地，步骤B中：比较结果是若vt<v，φt≥φ，|at|<|a|，判断当前互联模式为纵向互联模式，驱动电路控制两个纵向互联电磁阀开启，两个横向互联电磁阀关闭、两个对角互联电磁阀关闭；
进一步地，步骤B中：比较结果是若vt<v，φt≥φ，|at|≥|a|，或者若vt≥v，φt<φ，|at|≥|a|，或者若vt≥v，φt≥φ，|at|<|a|，或者若vt≥v，φt≥φ，|at|≥|a|，则判断当前互联模式均为非互联模式，驱动电路控制两个横向互联电磁阀、两个纵向互联电磁阀以及两个对角互联电磁阀均关闭。
本发明的有益效果是：
1、本发明在传统互联空气悬架基础上添设了横向互联管路、纵向互联管路、对角互联管路，互联状态均通过空气弹簧实现而无需减振器参与，在每个互联管路中添设电磁阀，实现非互联、横向互联、纵向互联、四角互联、对角互联五种互联模式。一方面，利用非互联、横向互联、纵向互联、四角互联四种互联模式，兼备调节空气悬架侧倾刚度和俯仰刚度两方面的能力，进一步缓解车辆操纵稳定性和行驶平顺性的矛盾；另一方面，利用对角互联模式，使车辆在高速行驶时，一是可在一定程度上提升行驶平顺性，二是保证了一定的操纵稳定性，从而降低了对控制系统灵敏度需求，进一步保障了行驶安全。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明所涉及的一种复合式互联空气悬架的空间布置示意图；
图2为图1所示复合式互联空气悬架的互联模式控制方法流程图；
图中：1.前右空气弹簧；2.前左空气弹簧；3.后右空气弹簧；4.后左空气弹簧；5.横向互联电磁阀；6.纵向互联电磁阀；7.对角互联电磁阀；8.横向互联管路；9.纵向互联管路；10.对角互联管路；11.车速传感器；12.转向盘转角传感器；13.控制系统；14.驱动电路。
具体实施方式
如图1所示，本发明所涉及的复合式互联空气悬架包括：前右空气弹簧1、前左空气弹簧2、后右空气弹簧3、后左空气弹簧4、横向互联电磁阀5、纵向互联电磁阀6、对角互联电磁阀7、横向互联管路8、纵向互联管路9、对角互联管路10、车速传感器11、转向盘转角传感器12、控制系统13以及驱动电路14。
其中，前右空气弹簧1、前左空气弹簧2、后右空气弹簧3、后左空气弹簧4为空气悬架的基础结构。前右空气弹簧1和前左空气弹簧2之间连接横向互联管路8-1，在横向互联管路8-1上安装横向互联电磁阀5-1；后右空气弹簧3和后左空气弹簧4之间连接横向互联管路8-2，在横向互联管路8-2上安装横向互联电磁阀5-2，此为传统横向互联空气悬架的结构。前左空气弹簧2和后左空气弹簧4之间连接纵向互联管路9-1，在纵向互联管路9-1上安装纵向互联电磁阀6-1；前右空气弹簧1和后右空气弹簧3之间连接纵向互联管路9-2，在纵向互联管路9-2上安装纵向互联电磁阀6-2，此为传统纵向互联空气悬架的结构。前右空气弹簧1和后左空气弹簧4之间连接对角互联管路10-1，在对角互联管路10-1上安装对角互联电磁阀7-1；前左空气弹簧2和后右空气弹簧3之间连接对角互联管路10-2，在对角互联管路10-2上安装对角互联电磁阀7-2。所有的互联电磁阀分别通过各自的信号线连接驱动电路14的输出端，即，横向互联电磁阀5-1、5-2、纵向互联电磁阀6-1、6-2、对角互联电磁阀7-1、7-2分别通过各自的信号线连接驱动电路14。驱动电路14的输入端连接控制系统13的输出端，控制系统13的输入端分别连接车速传感器11和转向盘转角传感器12。
两个对角互联管路10-1、10-2的管路内径比两个横向互联管路8-1、8-2、两个纵向互联管路9-1、9-2的内径小。
本发明所涉及的复合式互联空气悬架共可实现五种互联模式：若所有的电磁阀均关闭，则空气悬架处于非互联模式；若两个横向互联电磁阀5-1、5-2均开启，其余的两个纵向互联电磁阀6-1、6-2、两个对角互联电磁阀7-1、7-2都关闭，则空气悬架处于横向互联模式；若两个纵向互联电磁阀6-1、6-2均开启，其余的两个横向互联电磁阀5-1、5-2、两个对角互联电磁阀7-1、7-2都关闭，则空气悬架处于纵向互联模式；若两个对角互联电磁阀7-1、7-2均开启，其余的两个横向互联电磁阀5-1、5-2、两个纵向互联电磁阀6-1、6-2都关闭，则空气悬架处于对角互联模式；若两个横向互联电磁阀5-1、5-2、两个纵向互联电磁阀6-1、6-2均开启，其余的两个对角互联电磁阀7-1、7-2都关闭，则空气悬架处于四角互联模式。因此，本发明复合式互联空气悬架兼备传统横向互联空气悬架、传统纵向互联空气悬架所具有的横向互联、纵向互联、非互联三种模式，即兼备调节悬架侧倾刚度和俯仰刚度的能力；此外，还具备四角互联与对角互联两种传统互联空气悬架所不具备的互联模式。四角互联模式可同时大幅降低车辆侧倾刚度和俯仰刚度，大幅提升车辆行驶平顺性，适用于车辆直线行驶，且加速度较小的工况。对角互联模式可同时小幅降低车辆侧倾刚度和俯仰刚度，小幅提高车辆行驶平顺性，小幅降低操纵稳定性，适用于车辆高速直线行驶且加速度不大的行驶工况。
再参见图2，根据控制需求，本发明复合式互联空气悬架中的车速传感器11用于采集车辆行驶时的车速信息，转向盘转角传感器12用于采集转向盘转角信息。车速传感器11和转向盘转角传感器12将采集到的车速信息和转向盘转角信息数据实时提供给控制系统13，控制系统13根据车速信息与转向盘转角信息判断当前行驶工况，继而判断适宜当前行车状态的互联模式，确定控制信号，并将控制信号传递至驱动模块14。驱动模块14根据控制信号，利用驱动线路控制两个横向互联电磁阀5-1、5-2、两个纵向互联电磁阀6-1、6-2、两个对角互联电磁阀7-1、7-2的开闭，将悬架的互联模式调整为适宜当前行车状态的互联模式。具体控制方法如下：
确定一个转向盘转角阈值φ、一个车速阈值v和一个加速度阈值|a|，在控制系统13中预设转向盘转角阈值φ、车速阈值v和加速度阈值|a|。若转向盘转角传感器12采集车辆的当前转向盘转角φt<φ，则当前车辆处于非转弯工况，反之，若φt≥φ，则当前车辆处于转弯工况；若车速传感器11采集车辆的当前车速vt<v，则当前处于低速工况，反之，若vt≥v，则当前处于高速工况；若当前车辆加速度|at|<|a|，则认为当前处于加速度较小的工况，反之，若|at|≥|a|，则当前处于加速度较大的工况。
车速传感器11实时采集车辆的当前车速vt，转向盘转角传感器12实时采集当前转向盘转角φt，并将当前车速vt和当前转向盘转角φt两信号提供给控制系统13。控制系统13求取当前车速vt对时间的导数并取绝对值，获得当前车辆加速度|at|。控制系统13首先将当前车速vt与车速阈值v作比较，再将当前转向盘转角φt与转向盘转角阈值φ作比较、将当前加速度|at|与加速度阈值|a|作比较。比较结果可分为以下8种情况：
①若vt<v，φt<φ，|at|<|a|，则当前车辆处于低速直线行驶且加速度较小的行驶工况，判断当前适宜的互联模式为四角互联模式，进而生成相应的控制信号并提供给驱动电路14，驱动电路14控制两个横向互联电磁阀5-1、5-2开启、两个纵向互联电磁阀6-1、6-2开启，两个对角互联电磁阀7-1、7-2关闭，这样，车辆的侧倾刚度、俯仰刚度得到充分降低，可最大限度地提升车辆行驶平顺性。
②若vt<v，φt<φ，|at|≥|a|，则当前车辆处于低速直线行驶且加速度较大的行驶工况，判断当前适宜的互联模式为横向互联模式，进而生成相应的控制信号并提供给驱动电路14，驱动电路14控制两个横向互联电磁阀5-1、5-2开启、两个纵向互联电磁阀6-1、6-2关闭、两个对角互联电磁阀7-1、7-2关闭，这样，可保持车辆侧倾刚度，从而保证转弯时车身侧倾不严重，保证操纵稳定性，同时，通过减小车辆俯仰刚度，改善行驶平顺性。
③若vt<v，φt≥φ，|at|<|a|，则当前车辆处于低速转弯且加速度较小的行驶工况，判断当前适宜的互联模式为纵向互联模式，进而生成相应的控制信号并提供给驱动电路14，驱动电路14控制两个纵向互联电磁阀6-1、6-2开启，两个横向互联电磁阀5-1、5-2关闭、两个对角互联电磁阀7-1、7-2关闭，这样，可保持车辆俯仰刚度，从而保证加速减速时车身俯仰不严重，保证操纵稳定性，同时，通过减小车辆侧倾刚度，改善行驶平顺性。
④若vt<v，φt≥φ，|at|≥|a|，则当前车辆处于低速转弯且加速度较大的行驶工况，判断当前适宜的互联模式为非互联模式，进而生成相应的控制信号并提供给驱动电路14，驱动电路14控制两个横向互联电磁阀5-1、5-2、两个纵向互联电磁阀6-1、6-2以及两个对角互联电磁阀7-1、7-2均关闭，这样，悬架侧倾、俯仰刚度为最大值，最大限度地保障车辆操纵稳定性。
⑤若vt≥v，φt<φ，|at|<|a|，则当前车辆处于高速直线行驶且加速度较小的行驶工况，判断当前适宜的互联模式为对角互联模式，进而生成相应的控制信号并提供给驱动电路14，驱动电路14控制两个对角互联电磁阀7-1、7-2开启、两个横向互联电磁阀5-1、5-2关闭、两个纵向互联电磁阀6-1、6-2关闭，这样，可小幅减小车辆侧倾刚度、俯仰刚度，小幅提升行驶平顺性，同时保证车辆具有一定的操纵稳定性，即便行驶工况突然变化，也不会发生事故。
⑥若vt≥v，φt<φ，|at|≥|a|，则当前车辆处于高速直线行驶且加速度较大的行驶工况，判断当前适宜的互联模式为非互联模式，进而生成相应的控制信号并提供给驱动电路14，驱动电路14控制两个横向互联电磁阀5-1、5-2、两个纵向互联电磁阀6-1、6-2以及两个对角互联电磁阀7-1、7-2均关闭，这样，悬架侧倾、俯仰刚度为最大值，最大限度地保障车辆操纵稳定性。
⑦若vt≥v，φt≥φ，|at|<|a|，则当前车辆处于高速转弯且加速度较小的行驶工况，判断当前适宜的互联模式为非互联模式，进而生成相应的控制信号并提供给驱动电路14，驱动电路14控制两个横向互联电磁阀5-1、5-2、两个纵向互联电磁阀6-1、6-2以及两个对角互联电磁阀7-1、7-2均关闭，这样，悬架侧倾、俯仰刚度为最大值，最大限度地保障车辆操纵稳定性。
⑧若vt≥v，φt≥φ，|at|≥|a|，则认为当前车辆处于高速转弯且加速度较大的行驶工况，判断当前适宜的互联模式为非互联模式，进而生成相应的控制信号并提供给驱动电路14，驱动电路14控制两个横向互联电磁阀5-1、5-2、两个纵向互联电磁阀6-1、6-2以及两个对角互联电磁阀7-1、7-2均关闭，这样，悬架侧倾、俯仰刚度为最大值，最大限度地保障车辆操纵稳定性。

Claims (6)

1.一种复合式互联空气悬架，前右空气弹簧（1）和前左空气弹簧（2）之间连接第一个横向互联管路（8-1），在第一个横向互联管路（8-1）上装有第一个横向互联电磁阀（5-1），后右空气弹簧（3）和后左空气弹簧（4）之间连接第二个横向互联管路（8-2），在第二个横向互联管路（8-2）上装有第二个横向互联电磁阀（5-2）；前左空气弹簧（2）和后左空气弹簧（4）之间连接第一个纵向互联管路（9-1），在第一个纵向互联管路（9-1）上装有第一个纵向互联电磁阀（6-1）；前右空气弹簧（1）和后右空气弹簧（3）之间连接第二个纵向互联管路（9-2），在第二个纵向互联管路（9-2）上装有第二个纵向互联电磁阀（6-2），其特征是：前右空气弹簧（1）和后左空气弹簧（4）之间连接第一个对角互联管路（10-1），在第一个对角互联管路（10-1）上装有第一个对角互联电磁阀（7-1）；前左空气弹簧（2）和后右空气弹簧（3）之间连接第二个对角互联管路（10-2），在第二个对角互联管路（10-2）上装有第二个对角互联电磁阀（7-2）；所有的所述互联电磁阀分别通过各自的信号线连接驱动电路（14）的输出端，驱动电路（14）的输入端连接控制系统（13）的输出端，控制系统（13）的输入端分别连接车速传感器（11）和转向盘转角传感器（12）。
2.根据权利要求1所述一种复合式互联空气悬架，其特征是：两个对角互联管路（10-1、10-2）的管路内径比两个横向互联管路（8-1、8-2）、两个纵向互联管路（9-1、9-2）的内径小。
3.一种如权利要求1所述一种复合式互联空气悬架的互联模式控制方法，其特征是包括以下步骤：
A、将一个转向盘转角阈值φ、一个车速阈值v和一个加速度阈值|a|预设在控制系统（13）中，车速传感器（11）实时采集车辆的当前车速vt，转向盘转角传感器（12）实时采集当前转向盘转角φt，将当前车速vt和当前转向盘转角φt提供给控制系统（13），控制系统（13）求取当前车速vt对时间的导数并取绝对值，获得当前加速度|at|；
B、控制系统（13）先将当前车速vt与车速阈值v作比较，再将当前转向盘转角φt与转向盘转角阈值φ作比较、将当前加速度|at|与加速度阈值|a|作比较：
①若vt<v，φt<φ，|at|<|a|，判断当前互联模式为四角互联模式，则驱动电路（14）控制两个横向互联电磁阀（5-1、5-2）开启、两个纵向互联电磁阀（6-1、6-2）开启，两个对角互联电磁阀（7-1、7-2）关闭；
②若vt≥v，φt<φ，|at|<|a|，判断当前互联模式为对角互联模式，驱动电路（14）控制两个对角互联电磁阀（7-1、7-2）开启、两个横向互联电磁阀（5-1、5-2）关闭、两个纵向互联电磁阀（6-1、6-2）关闭。
4.根据权利要求3所述一种复合式互联空气悬架的互联模式控制方法，其特征是：步骤B中：比较结果是若vt<v，φt<φ，|at|≥|a|，判断当前互联模式为横向互联模式，驱动电路（14）控制两个横向互联电磁阀（5-1、5-2）开启、两个纵向互联电磁阀（6-1、6-2）关闭、两个对角互联电磁阀（7-1、7-2）关闭。
5.根据权利要求3所述一种复合式互联空气悬架的互联模式控制方法，其特征是：步骤B中：比较结果是若vt<v，φt≥φ，|at|<|a|，判断当前互联模式为纵向互联模式，驱动电路（14）控制两个纵向互联电磁阀（6-1、6-2）开启，两个横向互联电磁阀（5-1、5-2）关闭、两个对角互联电磁阀（7-1、7-2）关闭。
6.根据权利要求3所述一种复合式互联空气悬架的互联模式控制方法，其特征是：步骤B中：比较结果是若vt<v，φt≥φ，|at|≥|a|，或者若vt≥v，φt<φ，|at|≥|a|，或者若vt≥v，φt≥φ，|at|<|a|，或者若vt≥v，φt≥φ，|at|≥|a|，则判断当前互联模式均为非互联模式，驱动电路（14）控制两个横向互联电磁阀（5-1、5-2）、两个纵向互联电磁阀（6-1、6-2）以及两个对角互联电磁阀（7-1、7-2）均关闭。
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