CN107323199A - 一种新的半主动油气悬架控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新的半主动油气悬架控制系统及方法，首先通过驾驶员预瞄、路况探测器预瞄判断当前行驶路面的不平度等级，从而进行半主动油气悬架阻尼的粗调，然后基于车辆和悬架的相关参数依据人工鱼群算法计算当前的最佳阻尼，并通过控制器改变油气悬架阻尼孔面积大小来实现改变阻尼的目的。本发明结构简单、容易实现、具有良好的应用前景。

Description

一种新的半主动油气悬架控制系统及方法
技术领域
本发明属于汽车底盘技术领域，具体涉及一种新的半主动油气悬架控制系统及方法，尤其是一种半主动油气悬架系统的阻尼控制逻辑方法。
背景技术
主动悬架系统相比传统的悬架系统可以根据汽车的行驶条件的变化而对悬架的刚度和阻尼进行动态自适应调节，而改善汽车行驶的平顺性和乘坐舒适性。国内外学者对油气悬架系统进行了广泛的研究，主动油气悬架系统是目前典型的主动悬架系统之一。
油气悬架系统，集弹性元件和减振器功能于一体，是以油液作为传力介质、惰性气体作为弹性介质，通过气体弹簧和有减振功能的液压缸组成。液压缸内部的单向阀系、阻尼孔相当于传统悬架系统减振器的阻尼元件。现已研发的汽车半主动油气悬架系统，单向阀大多采用电磁阀与步进电机相连，通过车载电脑控制电磁阀操作，使其改变节流孔通道截面积，以达到控制阻尼大小的目的。然而，汽车在行驶过程中只有已经受到路面不平的激励，压力传感器才会检测出变化再通过控制器改变悬架系统阻尼的大小。电磁阀的调节都需要一个操作时间，这就导致了时滞，从而削弱了油气悬架的作用。对于复杂的优化问题，特别是油气悬架类非线性问题，现已广泛使用的优化算法常常会出现收敛性差、计算量大、受局部极值点的困扰，一定程度上影响了汽车行驶的平顺性。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，改进上述现有半主动油气悬架系统控制效果改善汽车行驶平顺性，减少时间延迟、获得实时最佳悬架输出力，本发明提供一种新的半主动油气悬架控制系统及方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种新的半主动油气悬架控制系统，包括路况探测器、位移传感器、ECU、半主动油气悬架系统，其中，所述路况探测器安装在车身车头中间位置；所述半主动油气悬架系统设置四个，均为独立悬架系统，每个半主动油气悬架系统配有两个位移传感器，分别置于悬架系统的顶部和底部；所述的ECU接收路况探测器、位移传感器信息，计算位移变化率、车身垂向加速度以及ECU依据人工鱼群算法计算当前的最佳阻尼孔面积并发出控制指令；所述的路况探测器、位移传感器、半主动油气悬架均分别与ECU通过CAN总线相连。
进一步的，所述位移传感器置于悬架系统顶部的测量车身与车轮的相对位移，所述位移传感器置于悬架系统底部的测量车轮与路面的相对位移。
进一步的，所述的半主动油气悬架系统承接车桥与车架或车身，依据不同的汽车型号须进行具体安装位置的调整。
根据上述的新的半主动油气悬架控制系统的方法，包括以下步骤：
1)ECU通过驾驶员预瞄、路况探测器预瞄判断当前行驶路面的不平度等级；
2)粗调半主动油气悬架阻尼；
3)ECU依据人工鱼群算法计算当前的最佳阻尼孔面积；
4)微调半主动油气悬架阻尼孔面积大小来改变阻尼。
进一步的，所述步骤2)的具体方法为：ECU接收驾驶员预瞄和路况探测器预瞄的信息，判断路面不平度等级信息，经验获得半主动油气悬架系统所需阻尼大小，对半主动油气悬架的阻尼孔大小进行第一次粗调。
进一步的，所述步骤3)、4)的具体方法为：所述ECU依据人工鱼群算法，以车身垂向加速度为优化目标、以半主动油气悬架的阻尼孔面积大小为优化参数进行优化计算，求出当前所需的最佳悬架输出力所对应的阻尼孔面积大小，并输出控制指令；半主动油气悬架接收控制指令，阻尼阀进行调节，实现阻尼孔面积大小的微调。
进一步的，所述车身垂向加速度的具体计算方法为：ECU基于半主动油气悬架的结构参数计算半主动油气悬架的输出力，所述结构参数包括活塞杆面积、阻尼孔面积、初始充气压；ECU基于车轮相对路面位移、悬架压缩位移及压缩速率以及车辆参数的和悬架输出力，按照二自由度1/4车悬架振动模型计算车身垂向加速度。
进一步的，所述人工鱼群算法的方法为：单个鱼个体位置X表示优化半主动油气悬架的参数即阻尼孔面积大小，食物浓度Y表示优化目标即车身垂向加速度，种群数量N表示悬架参数X在取值范围内可能取值的数量，步长Step表示阻尼孔面积大小每一次增加或减少的量，视觉Visual表示寻优变量范围，最终输出的人工鱼最优状态为最佳阻尼孔面积大小。
有益效果：本发明提供的新的半主动油气悬架控制系统及方法，与现有技术比较，具有以下优势：
1、通过预瞄路面的不平度等级进行悬架阻尼的预先粗调，减少时间延迟。
2、采用人工鱼群算法，收敛性较好，进一步改善了汽车行驶的平顺性问题。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为汽车外形简图；
图3为本发明中独立悬架示意图
图4为1/4车悬架模型简化示意图；
图5为人工鱼群算法流程图。
具体实施方式
本发明为一种新的半主动油气悬架控制系统及方法，首先通过驾驶员预瞄、路况探测器预瞄判断当前行驶路面的不平度等级，从而进行半主动油气悬架阻尼的粗调，然后基于车辆和悬架的相关参数依据人工鱼群算法计算当前的最佳阻尼，并通过控制器改变油气悬架阻尼孔面积大小来实现改变阻尼的目的。本发明结构简单、容易实现、具有良好的应用前景。
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
实施例
如图2所示的一种汽车外形简图，如图2、3、4所示，在汽车车身车头中央安装路况探测器，分别在四个悬架系统中安装测量悬架压缩位移和车轮相对路面位移的两个位移传感器，路况探测器、位移传感器、半主动油气悬架均与ECU相连。路况探测器安装在车身前部，探测前方道路预测路面的不平度等级，以此来补偿驾驶员预瞄判断。车身与轮胎的相对位移即悬架压缩位移和车轮相对地面的距离。半主动油气悬架系统承接车桥与车架或车身，依据不同的汽车型号须进行具体安装位置的适当调整。
如图1所示，本发明系统的工作方法为：
1)路况探测器探测车辆行驶过程中前方道路的路面不平度等级，对驾驶员预瞄做出补偿；
2)ECU接收驾驶员预瞄和路况探测器预瞄的路面不平度等级，依据经验判断出所需悬架阻尼大小，并输出控制指令；
3)半主动油气悬架接收控制指令，阻尼阀进行调节，实现阻尼孔面积大小的首次粗调；
4)位移传感器在车辆行驶过程中感知车轮相对路面位移、车身相对车轮的位移即悬架压缩位移；
5)ECU接收车轮相对路面的位移、悬架压缩位移信息并计算位移变化率；
6)ECU，基于车轮相对路面位移、悬架压缩位移及压缩速率以及其他车辆和悬架相关参数计算1/4车悬架振动模型；如图3所示，其中，M为簧载质量，m为非簧载质量，K为油气悬架等效刚度，k为车轮等效刚度，c为油气悬架等效阻尼，车轮阻尼不计，位移传感器1测量车身与车轮之间的位移即悬架压缩位移，位移传感器2测量车轮与地面的相对位移；
7)ECU依据人工鱼群算法，求出当前所需的最佳悬架输出力所对应的的阻尼孔面积大小，并输出控制指令。
8)半主动油气悬架接收控制指令，调节阻尼阀，实现阻尼孔面积大小的微调。
步骤7)中的人工鱼群算法如图5所示，其中，X为单个鱼个体位置，本发明中表示优化半主动油气悬架的参数即阻尼孔面积大小；Y为食物浓度，本发明中表示优化目标即车身垂向加速度；N为种群数量，本发明中表示悬架阻尼孔面积大小在取值范围内可能取值的数量；Step为步长，本发明中表示阻尼孔面积大小每一次增加或减少的量，Visual为视觉，本发明中表示寻优变量范围；最终输出的人工鱼最优状态为当前所需的最佳阻尼孔面积大小。人工鱼群算法的具体方法为：
7-1)首先初始化种群和各参数
单个鱼个体位置表示优化半主动油气悬架的参数即阻尼孔面积大小，食物浓度表示优化目标即车身垂向加速度，种群数量表示悬架阻尼孔面积大小在取值范围内可能取值的数量，步长表示阻尼孔面积大小每一次增加或减少的量，视觉范围表示寻优变量范围，最终输出的人工鱼最优状态为当前所需的最佳阻尼孔面积大小。
7-2)执行人工鱼群算法行为
a)人工鱼群算法执行觅食行为：设第i个人工鱼当前状态为Xi,在视觉范围内随机选择一个状态Xj,若对应的优化目标值Yj优于Yi，则人工鱼向该方向前进一步，否则重新选择一个新的状态Xj进行尝试，如果在尝试一定次数后仍然不满足前进条件，则随机移动一步；
b)人工鱼群算法执行聚群行为：设第i个人工鱼当前状态为Xi，在其视觉范围内探索伙伴数目及中心位置Xc，如果中心位置不够拥挤且对应的优化目标值Yc优于Yi，那么人工鱼向该方向前进一步，否则执行觅食行为；
c)人工鱼群算法执行追尾行为：设第i个人工鱼当前状态为Xi，在其视觉范围内搜索对应优化目标值最优的伙伴Xj，若Yj优于Yi且不够拥挤，那么向最优伙伴方向前进一步，否则执行觅食行为；
d)人工鱼群算法执行随机行为：作为觅食行为的缺省行为，在执行觅食行为时尝试一定次数后仍不能满足前进条件时，在视觉范围内随机选择一个状态然后向该方向移动。
7-3)更新最优人工鱼状态
执行每次行为之后，比较优化目标值，记录最优人工鱼状态。
7-4)最终输出为最优人工鱼状态，即为当前最佳阻尼孔面积大小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种新的半主动油气悬架控制系统，其特征在于：包括路况探测器、位移传感器、ECU、半主动油气悬架系统，其中，所述路况探测器安装在车身车头中间位置；所述半主动油气悬架系统设置四个，均为独立悬架系统，每个半主动油气悬架系统配有两个位移传感器，分别置于悬架系统的顶部和底部；所述的ECU接收路况探测器、位移传感器信息，计算位移变化率、车身垂向加速度以及ECU依据人工鱼群算法计算当前的最佳阻尼孔面积并发出控制指令；所述的路况探测器、位移传感器、半主动油气悬架均分别与ECU通过CAN总线相连。
2.根据权利要求1所述的新的半主动油气悬架控制系统，其特征在于：所述位移传感器置于悬架系统顶部的测量车身与车轮的相对位移，所述位移传感器置于悬架系统底部的测量车轮与路面的相对位移。
3.根据权利要求1所述的新的半主动油气悬架控制系统，其特征在于：所述的半主动油气悬架系统承接车桥与车架或车身，依据不同的汽车型号须进行具体安装位置的调整。
4.根据权利要求1所述的新的半主动油气悬架控制系统的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)ECU通过驾驶员预瞄、路况探测器预瞄判断当前行驶路面的不平度等级；
2)粗调半主动油气悬架阻尼；
3)ECU依据人工鱼群算法计算当前的最佳阻尼孔面积；
4)微调半主动油气悬架阻尼孔面积大小来改变阻尼。
5.根据权利要求4所述的新的半主动油气悬架控制系统的方法，其特征在于：所述步骤2)的具体方法为：ECU接收驾驶员预瞄和路况探测器预瞄的信息，判断路面不平度等级信息，经验获得半主动油气悬架系统所需阻尼大小，对半主动油气悬架的阻尼孔大小进行第一次粗调。
6.根据权利要求4所述的新的半主动油气悬架控制系统的方法，其特征在于：所述步骤3)、4)的具体方法为：所述ECU依据人工鱼群算法，以车身垂向加速度为优化目标、以半主动油气悬架的阻尼孔面积大小为优化参数进行优化计算，求出当前所需的最佳悬架输出力所对应的阻尼孔面积大小，并输出控制指令；半主动油气悬架接收控制指令，阻尼阀进行调节，实现阻尼孔面积大小的微调。
7.根据权利要求6所述的新的半主动油气悬架控制系统的方法，其特征在于：所述车身垂向加速度的具体计算方法为：ECU基于半主动油气悬架的结构参数计算半主动油气悬架的输出力，所述结构参数包括活塞杆面积、阻尼孔面积、初始充气压；ECU基于车轮相对路面位移、悬架压缩位移及压缩速率以及车辆参数的和悬架输出力，按照二自由度1/4车悬架振动模型计算车身垂向加速度。
8.根据权利要求4所述的新的半主动油气悬架控制系统的方法，其特征在于：所述人工鱼群算法的方法为：单个鱼个体位置X表示优化半主动油气悬架的参数即阻尼孔面积大小，食物浓度Y表示优化目标即车身垂向加速度，种群数量N表示悬架参数X在取值范围内可能取值的数量，步长Step表示阻尼孔面积大小每一次增加或减少的量，视觉Visual表示寻优变量范围，最终输出的人工鱼最优状态为最佳阻尼孔面积大小。
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