CN107554229A - 一种整车悬架的分频控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种整车悬架的分频控制方法,所述分频控制方法通过测得车身左前、右前及中后三个位置的车身垂向加速度,解算得到四个车轮对应的车身垂向加速度,分别以四个车轮对应的车身垂向加速度的频域传递特性为基础,采用分频控制函数自动判断四个车轮对应的悬架系统振动所属频段范围,从而施加相应的控制指令。本发明所述方法仅使用三个加速度传感器即可实现对整车悬架施加控制指令,在整个激励频域上都能达到较好的控制效果,显著提高整车的悬架性能。
Description
技术领域
本发明属于车辆振动控制领域,具体涉及一种整车悬架的分频控制方法。
背景技术
悬架是汽车的重要组成部分之一,汽车悬架系统分为被动悬架系统、半主动悬架系统和主动悬架系统。被动悬架系统在车辆行驶过程中无法进行调节,因此减振性能受到一定的限制,乘坐舒适性较差;而主动悬架系统是一种具有做功能力的悬架,能够获得一个优质的隔振性能和实现理想悬架的控制目标,能够较全面的提升悬架的性能,但是存在能耗消耗大、液压装置噪声大、成本高、结构复杂和耐久性差等缺点。半主动悬架系统能够以较小的能量消耗来局部改变悬架系统特性,其结构简单、可靠性高,却可达到接近主动悬架系统的性能,具有非常好的应用前景。
目前应用于半主动悬架系统的控制方法主要分为三类:一是经典控制方法;二是现代控制方法;三是智能控制方法。所述各类的控制方法均能不同程度地改善悬架性能,但其中也有些方法由于计算复杂并不适合于工程应用,同时,上述已有的半主动控制算法所需的传感器较多,易引起误差。已有的半主动控制算法需要在每一个车轮对应车身位置布置加速传感器,对其悬架上需布置位移传感器,这无疑增加了半主动悬架系统的应用成本。
发明内容
针对上述现有技术中所存在的缺陷,本发明提供了一种整车悬架的分频控制方法,该方法仅使用三个加速度传感器即可实现对整车悬架施加控制指令,在整个激励频域上都能达到较好的控制效果,显著提高整车的悬架性能。结合说明书附图,本发明的技术方案如下:
一种整车悬架的分频控制方法,所述分频控制方法通过测得车身左前、右前及中后三个位置的车身垂向加速度,解算得到四个车轮对应的车身垂向加速度,分别以四个车轮对应的车身垂向加速度的频域传递特性为基础,采用分频控制函数自动判断四个车轮对应的悬架系统振动所属频段范围,从而施加相应的控制指令。
所述分频控制方法的具体步骤如下:
步骤一:在车身左前、右前及中后三个位置安装加速度传感器,测得车身左前方位置垂向加速度信号车身右前方位置垂向加速度信号车身中后方位置垂向加速度信号
步骤二:忽略车身横摆运动的影响,采用七自由度车辆动力学模型,并利用前述测得的车身上三个位置对应的车身垂向加速度信号,解算获得车身质心位置的垂向加速度俯仰角加速度侧倾角加速度
步骤三:利用“步骤二”中解算得到的车辆质心位置处的垂向加速度俯仰角加速度侧倾角加速度解算获得左前车轮位置所对应的左前车身垂向加速度右前车轮位置所对应的右前车身垂向加速度左后车轮位置所对应的左后车身垂向加速度右后车轮位置所对应的右后车身垂向加速度
步骤四:针对每一个车轮所对应的悬架系统分别施加分频控制的半主动控制,通过“步骤三”中求得的相应车轮所对应的车身垂直加速度为或对相应车轮所对应的车身垂直加速度进行积分计算得到车身速度采用分频函数判断该车轮所对应的车辆悬架系统的振动频率所属的频段范围,其中,α为分频系数;
如果则控制该车轮所对应的悬架系统中的减振器阻尼系数cin=cmax;
如果则控制该车轮所对应的悬架系统中的减振器阻尼系数cin=cmin;
其中,cmax为预定的硬阻尼系数,cmin为预定的软阻尼系数。
所述“步骤二”中解算获得车身质心位置的垂向加速度俯仰角加速度侧倾角加速度的具体过程为:
左前加速度传感器1与右前加速度传感器2之间的横向水平距离为d;左前加速度传感器1与右前加速度传感器2到车身质心位置4的纵向垂直距离为a;位于车身纵轴上的中后加速度传感器3到车身质心位置4的纵向垂直距离为b;车身左前方位置的垂向位移为Zfl,车身右前方位置的垂向位移为Zfr,车身中后方位置的垂向位移为Zr,车身质心位置的垂向位移为Zb,车身的俯仰角为θb,车身的侧倾角为φ,线性化得到如下公式组:
上述公式组(1)中,Zfl,Zfr,Zr均为测量获得的已知量,Zb,θb,φ为待解算的未知量,逆向求解可得:
分别对上述公式组(2)中的三个方程进行二阶求导,可得车身质心位置4的垂向加速度俯仰角加速度侧倾角加速度如下:
所述“步骤三”中,解算获得左前车轮位置所对应的左前车身垂向加速度右前车轮位置所对应的右前车身垂向加速度左后车轮位置所对应的左后车身垂向加速度右后车轮位置所对应的右后车身垂向加速度的具体过程为:
根据所述公式组(2)解算获得的车辆质心位置的垂向位移为Zb,车身的俯仰角θb以及车身的侧倾角φ,利用下述公式组(4),可解算获得左前车轮位置所对应的左前车身垂向位移ZbA,右前车轮位置所对应的右前车身垂向位移ZbB,左后车轮位置所对应的左后车身垂向位移ZbC,右后车轮位置所对应的右后车身垂向位移ZbD;
其中,m为车身质心位置到前轴的纵向距离,n为车身质心位置到后轴的纵向距离,Bf为前轴轴距,Br为后轴轴距;其中,m、n、Bf和Br均为测量获得的已知量;
对上述公式组(4)进行二阶求导,获得左前车轮位置所对应的左前车身垂向加速度右前车轮位置所对应的右前车身垂向加速度左后车轮位置所对应的左后车身垂向加速度右后车轮位置所对应的右后车身垂向加速度如下:
将公式组(3)带入公式组(5),可得如下公式组(6):
所述分频系数α为低频和高频的分界点频率,且其中,k为悬架的弹簧刚度,M为车轮对应位置的车身质量,分频系数α为1.5Hz~2.5Hz。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1、本发明所述一种整车悬架的分频控制方法,仅需要三个加速度传感器即可实现对整车悬架施加控制指令;
2、本发明所述一种整车悬架的分频控制方法,采用车身姿态解析的动力学方法,对不同位置的加速度信号的获得更为准确;
3、本发明所述一种整车悬架的分频控制方法,应用悬架分频控制方法,能够根据悬架系统的振动状态自动判断振动频率范围,然后调节悬架系统的阻尼范围。
附图说明
图1为本发明所述整车悬架的分频控制方法中,传感器安装位置及车身待测量位置示意图;图2为本发明所述整车悬架的分频控制方法中,步骤二中车辆运动解算示意图;
图3为本发明所述整车悬架的分频控制方法中,步骤三中车辆运动解算示意图;
图4为本发明所述整车悬架的分频控制方法中,车身振动加速度的传递率幅频特性图。
图中:
1-左前加速度传感器,2-右前加速度传感器,3-中后加速度传感器,4-车身质心位置,5-左前车身垂向加速信号,6-右前车身垂向加速信号,7-左后车身垂向加速信号,8-右后车身垂向加速信号。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的技术方案,结合说明书附图,本发明的具体实施方式如下:
如图1所示,本发明所述一种整车悬架的分频控制方法,首先,只需在车身上安装三个加速度传感器测得三个位置的车身垂向加速度信号,并解算得到四个车轮位置所对应的车身垂向加速度;然后,以车身垂向加速度的频域传递特性为基础,采用分频控制函数自动判断悬架系统振动所属频段范围,从而施加相应的控制指令,本发明所述方法在整个激励频域上都能够达到较好的控制效果,显著提高整车的悬架性能。
本发明所述一种整车悬架的分频控制方法的具体过程如下:
步骤一:分别在车身左前方位置安装左前加速度传感器1,在车身右前方位置安装右前加速度传感器2,在车身后方中间纵轴位置上安装中后加速度传感器3,通过所述三个加速度传感器分别测得车身上三个位置对应的车身垂向加速度信号分别为:车身左前方位置垂向加速度信号车身右前方位置垂向加速度信号车身中后方位置垂向加速度信号
步骤二:忽略车身横摆运动的影响,采用七自由度车辆动力学模型,所述的七自由度的整车动力学模型包括四个车轮对应的车身垂向运动自由度,车身的质心垂向运动,车身的俯仰运动以及车身的侧倾运动,共计七个的自由度,并利用前述测得的车身上三个位置对应的车身垂向加速度信号,解算得到车辆质心位置4处的垂向加速度、俯仰角加速度以及侧倾角加速度;
如图1和图2所示,左前加速度传感器1、右前加速度传感器2和中后加速度传感器3均布置在同一个平面上,左前加速度传感器1与右前加速度传感器2左右对称设置,且左前加速度传感器1与右前加速度传感器2之间的横向水平距离为d;左前加速度传感器1与右前加速度传感器2到车身质心位置4的纵向垂直距离为a;位于车身纵轴上的中后加速度传感器3到车身质心位置4的纵向垂直距离为b;车身左前方位置的垂向位移为Zfl,车身右前方位置的垂向位移为Zfr,车身中后方位置的垂向位移为Zr,车身质心位置的垂向位移为Zb,车身的俯仰角为θb,车身的侧倾角为φ,在θb和φ都比较小的情况下,可以线性化得到下式:
上述公式组(1)中,Zfl,Zfr,Zr均为可测量获得的已知量,Zb,θb,φ为待解算的未知量,逆向求解可得:
分别对上述公式组(2)中的三个方程进行二阶求导,可得车身质心位置4的垂向加速度俯仰角加速度侧倾角加速度如下:
步骤三:利用“步骤二”中解算得到的车辆质心位置4处的垂向加速度、俯仰角加速度以及侧倾角加速度,解算得到左前车轮位置所对应的左前车身垂向加速度,右前车轮位置所对应的右前车身垂向加速度,左后车轮位置所对应的左后车身垂向加速度,以及右后车轮位置所对应的右后车身垂向加速度;
如图3所示,根据前述公式组(2)解算获得的车辆质心位置的垂向位移为Zb,车身的俯仰角θb以及车身的侧倾角φ,利用下述公式组(4),可解算获得左前车轮位置所对应的左前车身垂向位移ZbA,右前车轮位置所对应的右前车身垂向位移ZbB,左后车轮位置所对应的左后车身垂向位移ZbC,右后车轮位置所对应的右后车身垂向位移ZbD;
其中,m为车身质心位置到前轴的纵向距离,n为车身质心位置到后轴的纵向距离,Bf为前轴轴距,Br为后轴轴距。m、n、Bf和Br均为可测量获得的已知量。
对上述公式组(4)进行二阶求导,获得左前车轮位置所对应的左前车身垂向加速度右前车轮位置所对应的右前车身垂向加速度左后车轮位置所对应的左后车身垂向加速度右后车轮位置所对应的右后车身垂向加速度如下:
将公式组(3)带入公式组(5),可得如下公式组(6):
根据公式组(6),即可通过前述三个加速度传感器所测量的加速度信号,解算获得四个车轮位置所分别对应的车身垂向加速度。
步骤四:针对每一个车轮所对应的悬架系统分别施加分频控制的半主动控制,通过步骤中三求得的相应车轮所对应的车身垂直加速度对相应车轮所对应的车身垂直加速度进行积分计算得到车身速度采用分频函数判断该车轮所对应的车辆悬架系统的振动频率所属的频段范围,其中,α为分频系数;
如果则控制该车轮所对应的悬架系统中的减振器阻尼系数cin=cmax;
如果则控制该车轮所对应的悬架系统中的减振器阻尼系数cin=cmin。
其中,cmax为预定的硬阻尼系数,cmin为预定的软阻尼系数,所述硬阻尼系数cmax和软阻尼系数cmin是由整车制造企业或减振器零部件生产企业设计的最大和最小阻尼系数。
在本实施例中,以左后车轮为例,通过前述步骤解算求得左后车轮位置对应的车身垂直加速度对左后车轮位置对应的车身垂直加速度进行积分计算得到左后车轮位置对应的车身速度利用分频函数判断左后车轮所对应的车辆悬架系统的振动频率所属的频段范围,其中:
如果则控制该车轮所对应的悬架系统中的减振器阻尼系数cin=cmax;
如果则控制该车轮所对应的悬架系统中的减振器阻尼系数cin=cmin。
整理如下:
针对汽车而言,如图4所示,这里分频系数α为低频和高频的分界点频率,且其中,k为悬架的弹簧刚度,M为车轮对应位置的车身质量,分频系数α一般在1.5与2.5Hz之间。
在上述施加分频控制的半主动控制过程中,所采用的分频函数外,还可以采用如等分频函数进行半主动控制,其中,是对位移信号的三阶求导后信号。
Claims (5)
1.一种整车悬架的分频控制方法,其特征在于:
所述分频控制方法通过测得车身左前、右前及中后三个位置的车身垂向加速度,解算得到四个车轮对应的车身垂向加速度,分别以四个车轮对应的车身垂向加速度的频域传递特性为基础,采用分频控制函数自动判断四个车轮对应的悬架系统振动所属频段范围,从而施加相应的控制指令。
2.如权利要求1所述一种整车悬架的分频控制方法,其特征在于:
所述分频控制方法的具体步骤如下:
步骤一:在车身左前、右前及中后三个位置安装加速度传感器,测得车身左前方位置垂向加速度信号车身右前方位置垂向加速度信号车身中后方位置垂向加速度信号
步骤二:忽略车身横摆运动的影响,采用七自由度车辆动力学模型,并利用前述测得的车身上三个位置对应的车身垂向加速度信号,解算获得车身质心位置的垂向加速度俯仰角加速度侧倾角加速度
步骤三:利用“步骤二”中解算得到的车辆质心位置处的垂向加速度俯仰角加速度侧倾角加速度解算获得左前车轮位置所对应的左前车身垂向加速度右前车轮位置所对应的右前车身垂向加速度左后车轮位置所对应的左后车身垂向加速度右后车轮位置所对应的右后车身垂向加速度
步骤四:针对每一个车轮所对应的悬架系统分别施加分频控制的半主动控制,通过“步骤三”中求得的相应车轮所对应的车身垂直加速度 为 或对相应车轮所对应的车身垂直加速度进行积分计算得到车身速度采用分频函数判断该车轮所对应的车辆悬架系统的振动频率所属的频段范围,其中,α为分频系数;
如果则控制该车轮所对应的悬架系统中的减振器阻尼系数cin=cmax;
如果则控制该车轮所对应的悬架系统中的减振器阻尼系数cin=cmin;
其中,cmax为预定的硬阻尼系数,cmin为预定的软阻尼系数。
3.如权利要求1所述一种整车悬架的分频控制方法,其特征在于:
所述“步骤二”中解算获得车身质心位置的垂向加速度俯仰角加速度侧倾角加速度的具体过程为:
左前加速度传感器与右前加速度传感器之间的横向水平距离为d;左前加速度传感器与右前加速度传感器到车身质心位置的纵向垂直距离为a;位于车身纵轴上的中后加速度传感器到车身质心位置的纵向垂直距离为b;车身左前方位置的垂向位移为Zfl,车身右前方位置的垂向位移为Zfr,车身中后方位置的垂向位移为Zr,车身质心位置的垂向位移为Zb,车身的俯仰角为θb,车身的侧倾角为φ,线性化得到如下公式组:
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上述公式组(1)中,Zfl,Zfr,Zr均为测量获得的已知量,Zb,θb,φ为待解算的未知量,逆向求解可得:
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分别对上述公式组(2)中的三个方程进行二阶求导,可得车身质心位置4的垂向加速度俯仰角加速度侧倾角加速度如下:
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4.如权利要求3所述一种整车悬架的分频控制方法,其特征在于:
所述“步骤三”中,解算获得左前车轮位置所对应的左前车身垂向加速度右前车轮位置所对应的右前车身垂向加速度左后车轮位置所对应的左后车身垂向加速度右后车轮位置所对应的右后车身垂向加速度的具体过程为:
根据所述公式组(2)解算获得的车辆质心位置的垂向位移为Zb,车身的俯仰角θb以及车身的侧倾角φ,利用下述公式组(4),可解算获得左前车轮位置所对应的左前车身垂向位移ZbA,右前车轮位置所对应的右前车身垂向位移ZbB,左后车轮位置所对应的左后车身垂向位移ZbC,右后车轮位置所对应的右后车身垂向位移ZbD;
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<mn>4</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中,m为车身质心位置到前轴的纵向距离,n为车身质心位置到后轴的纵向距离,Bf为前轴轴距,Br为后轴轴距;其中,m、n、Bf和Br均为测量获得的已知量;
对上述公式组(4)进行二阶求导,获得左前车轮位置所对应的左前车身垂向加速度右前车轮位置所对应的右前车身垂向加速度左后车轮位置所对应的左后车身垂向加速度右后车轮位置所对应的右后车身垂向加速度如下:
<mrow>
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<mo>(</mo>
<mn>5</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
将公式组(3)带入公式组(5),可得如下公式组(6):
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<mtd>
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5.如权利要求2所述一种整车悬架的分频控制方法,其特征在于:
所述分频系数α为低频和高频的分界点频率,且其中,k为悬架的弹簧刚度,M为车轮对应位置的车身质量,分频系数α为1.5Hz~2.5Hz。
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