CN109677225B - 一种主/被动复合液压悬挂控制策略选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆的悬挂装置领域，具体是一种主/被动复合液压悬挂控制策略选择方法。该方法是通过所述悬挂装置实现的，所述悬挂装置包括控制器，液压缸，与液压缸伸缩配合的活塞杆，转动安装于活塞杆自由端的轮轴，安装于轮轴两端的车轮，所述液压缸的有杆腔和无杆腔均充满有液压油，位于液压缸外的液压缸的有杆腔和无杆腔之间连接有连通管，连通管上串联安装有第二电磁阀和液压泵，所有液压缸的无杆腔通过第一电磁阀共同连接至主液压管上。车辆由多个结构一致的含有悬挂装置支撑，依靠第一电磁阀的切换，既可以独立控制，也可以多个悬挂装置协同控制，提高了行驶通过性、平稳性以及可维修性。

Description

一种主/被动复合液压悬挂控制策略选择方法

技术领域

本发明涉及车辆的悬挂装置领域，具体是一种主/被动复合液压悬挂控制策略选择方法。

背景技术

车辆悬挂装置是车轮与车架之间一切连接装置的总称，悬挂装置的存在，平衡了由于不平路面、车速不均和发动机的激励因素引起的车辆振动，从而保证车辆及车内设施的使用寿命，以及人的舒适性和工作效率。

车辆悬挂系统一般分为非独立悬挂和独立悬挂，非独立悬挂的两侧车轮由一根整体式车架相连，车轮连同车桥一起通过弹性悬挂系统悬挂在车架或车身下面，非独立式悬挂具有结构简单、易于维护和行车中前轮定位变化小的优点，但同时也存在舒适性和操纵稳定性差的缺点。独立悬挂系统式每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬挂系统悬挂在车身或者下面。独立悬挂提高了车轮的地面附着力，减少车身受到的冲击，左右轮单独跳动互不干扰，能减小车身的倾斜和震动，但结构复杂，维修不便的问题也亟待解决。

发明专利“一种智能控制液压悬挂装置的纯电动分布式多轮移动平台(CN201810119454.9)”公开了液压悬挂装置的分布式多轮移动平台。液压控制悬挂装置的可伸缩性和动态平衡特性可以在需要时有效调节车轮利用率和伸缩长度，采用多个对称子液压缸和主液压缸复合式悬挂的结构，适应复杂路面的行驶，达到高度被动平衡。通过控制液压阀和液压泵实现主动控制，对于悬挂装置主动调整以适应复杂路面具有重要意义，但是完全主动控制需要检测、控制、执行，其动态响应有时跟不上复杂路面的变化，于是快速响应还是需要液压装置的被动适应；本发明提出主动和被动复合的液压控制策略。

发明内容

本发明为解决车辆悬挂装置主动调整的必要性与完全主动控制动态响应有时跟不上复杂路面的变化的矛盾问题，结合被动响应快的特点，提供了一种智能控制液压悬挂装置的主/被动复合控制策略，其中主动控制活塞杆伸缩以适应大幅度的凸凹不平路面、被动控制快速响应适应小幅度的凸凹不平路面。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种主/被动复合液压悬挂控制策略选择方法，该方法是通过所述悬挂装置实现的，所述悬挂装置包括控制器，液压缸，与液压缸伸缩配合的活塞杆，转动安装于活塞杆自由端的轮轴，安装于轮轴两端的车轮，所述液压缸的有杆腔和无杆腔均充满有液压油，位于液压缸外的液压缸的有杆腔和无杆腔之间连接有连通管，连通管上串联安装有第二电磁阀和液压泵，所有液压缸的无杆腔通过第一电磁阀共同连接至主液压管上，控制器控制第二电磁阀和第一电磁阀的通断以及液压泵的工作状态；多个悬挂装置的液压缸的缸体端部安装于车体底盘下方，车体内安装有总控制器，总控制器将路况信息传递给各个控制器；

所述方法包括以下步骤：

步骤一.确定各种控制策略，所述控制策略包括：

策略①：第一电磁阀和第二电磁阀打开，液压泵将液压油从液压缸的有杆腔抽向无杆腔；

策略②：第一电磁阀和第二电磁阀打开，液压泵将液压油从液压缸的无杆腔抽向有杆腔；

策略③：第一电磁阀和第二电磁阀打开，液压泵不通电；

策略④：第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，液压泵将液压油从液压缸的有杆腔抽向无杆腔；

策略⑤：第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，液压泵将液压油从液压缸的无杆腔抽向有杆腔；

策略⑥：第一电磁阀和第二电磁阀关闭，液压泵不通电；

步骤二.根据路况信息，各控制器选择相应的控制策略；

㈠当车体底部任意悬挂装置即将驶入凹下路面时，相应的控制器采取策略①；

㈡当车体底部任意悬挂装置即将驶入凸起路面时，相应的控制器采取策略②；

㈢当车体底部任意悬挂装置即将驶入平坦路面时，相应的控制器采取策略③；

㈣当车体即将向上驶入台阶路面时，前排的悬挂装置的控制器采取策略⑤，后排的悬挂装置的控制器采取策略④；

㈤当车体即将向下驶入台阶路面时，前排的悬挂装置的控制器采取策略④，后排的悬挂装置的控制器采取策略⑤；

㈥当车体处于停车状态时，各个控制器采取策略⑥。

作为本发明技术方案的进一步改进，液压缸的有杆腔和无杆腔端面分别安装有第二压力传感器和第一压力传感器，所述第二压力传感器和第一压力传感器将压力信号输送至控制器。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述活塞杆上安装有位移传感器，所述位移传感器将位移信号输送至控制器。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明所述控制策略的液压装置在平坦路面主要采用被动适应(控制)，在凸起或凹下路面依靠电磁阀和液压泵的主动控制，；主被动复合式使得悬挂装置在应对复杂路况的时候反应迅速，协调配合。

2、车辆由多个结构一致的含有悬挂装置支撑，依靠第一电磁阀的切换，既可以独立控制，也可以多个悬挂装置协同控制，提高了行驶通过性、平稳性以及可维修性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一根悬挂装置的结构示意图。

图中：1-液压缸，2-活塞杆，3-车轮，4-第二压力传感器，5-第一压力传感器，6-连通管，7-第二电磁阀，8-液压泵，9-第一电磁阀，10-位移传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

一种主/被动复合液压悬挂控制策略选择方法，该方法是通过所述悬挂装置实现的，所述悬挂装置包括控制器，液压缸1，与液压缸1伸缩配合的活塞杆2，转动安装于活塞杆2自由端的轮轴，安装于轮轴两端的车轮3，所述液压缸1的有杆腔和无杆腔均充满有液压油，位于液压缸1外的液压缸1的有杆腔和无杆腔之间连接有连通管6，连通管6上串联安装有第二电磁阀7和液压泵8，所有液压缸1的无杆腔通过第一电磁阀9共同连接至主液压管上，控制器控制第二电磁阀7和第一电磁阀9的通断以及液压泵8的工作状态；多个悬挂装置的液压缸1的缸体端部安装于车体底盘下方，车体内安装有总控制器，总控制器将路况信息传递给各个控制器；

所述方法包括以下步骤：

步骤一.确定各种控制策略，所述控制策略包括：

策略①：第一电磁阀9和第二电磁阀7打开，液压泵8将液压油从液压缸1的有杆腔抽向无杆腔；

策略②：第一电磁阀9和第二电磁阀7打开，液压泵8将液压油从液压缸1的无杆腔抽向有杆腔；

策略③：第一电磁阀9和第二电磁阀7打开，液压泵8不通电；

策略④：第一电磁阀9关闭，第二电磁阀7打开，液压泵8将液压油从液压缸1的有杆腔抽向无杆腔；

策略⑤：第一电磁阀9关闭，第二电磁阀7打开，液压泵8将液压油从液压缸1的无杆腔抽向有杆腔；

策略⑥：第一电磁阀9和第二电磁阀7关闭，液压泵8不通电；

步骤二.根据路况信息，各控制器选择相应的控制策略；

㈠当车体底部任意悬挂装置即将驶入凹下路面时，相应的控制器采取策略①；

㈡当车体底部任意悬挂装置即将驶入凸起路面时，相应的控制器采取策略②；

㈢当车体底部任意悬挂装置即将驶入平坦路面时，相应的控制器采取策略③；

㈣当车体即将向上驶入台阶路面时，前排的悬挂装置的控制器采取策略⑤，后排的悬挂装置的控制器采取策略④；

㈤当车体即将向下驶入台阶路面时，前排的悬挂装置的控制器采取策略④，后排的悬挂装置的控制器采取策略⑤；

㈥当车体处于停车状态时，各个控制器采取策略⑥。

为了方便描述控制策略，下面先进行工作状态定义：

液压泵8(以下简称Pn)是双向齿轮泵，它依靠密封在一个壳体中的两个或两个以上齿轮，在相互啮合过程中所产生的工作空间容积变化来输送液体的泵，可正反转运转，泵轴在正向、反向旋转时都能在同一个方向等量供油。以图1为例(以下内容中的上下方向均以图1方向为准)，Pn竖直状态，以更清楚的描述上、下状态。Pn的状态有三种：(1)Pn正转即液压泵向上工作，将液压油从下方抽向上方，定义为：Pn是“1”状态；(2)Pn反转即液压泵向下工作，将液压油从上方抽向下方，定义为：Pn是“0”状态；(3)Pn不通电即液压泵不工作但是液压油根据上、下方压力差可以流动，这时会有阻尼存在，即：当Pn上方压力大于下方压力时液压油可向下流动，或当Pn下方压力大于上方压力时液压油可向上流动，此时定义为：Pn是“×”状态。

第一电磁阀9(以下简称Vn1)和第二电磁阀7(以下简称Vn2)是常闭型双向电磁阀，电磁阀处于开启状态的时候，进口压力大于出口压力，介质由进口端流向出口端；当出口压力大于进口压力，介质由出口端流向进口端。并且不管介质压力是进口端大于出口端，还是出口端大于进口端，电磁阀在断电之后，都能截止介质。定义：状态“1”表示“电磁阀开”、状态“0”表示“电磁阀关”。

活塞杆2(以下简称mn)等液压装置是本领域人员熟知的结构，可以具体实施。

根据路况信息，各控制器选择相应的控制策略，下面针对各策略进行详细的分析：

其中策略①：行驶在崎岖不平路面时候，为加快凹下路面时候液压悬挂向下响应速度，Vn1和Vn2打开、Pn向上工作，此时无杆腔压力大于有杆腔压力，mn下移；此时是主动控制状态，是主要的工作状态。

策略②：行驶在崎岖不平路面时候，为加快凸起路面时候液压悬挂向上响应速度，Vn1和Vn2打开、Pn向下工作，此时有杆腔压力大于无杆腔压力，mn上移；此时是主动控制状态，是主要的工作状态。崎岖不平路面指的是路况信息基本为凸凹不平状态，仅有面积低于90％(﹤)的路面为平坦状态。

策略③：当Vn1和Vn2打开、Pn不通电，此时mn的移动方向不定，mn移动方向取决于mn受力情况，Pn不通电则液压油的流动方向取决于mn受力情况；此时是被动适应(控制)状态，该工作状态是主要的工作状态，在比较平坦的路面行驶的时候采用，即使有小幅度的凸凹不平，悬挂装置可以被动的快速适应；由于Vn1打开，该悬挂装置与主液压管道连通，多根悬挂装置协同调整以适应路面的小幅度的凸凹不平。小幅度的凸凹不平指的是路况信息基本为平坦状态，仅有面积低于10％(≦)的路面有凸凹不平的状况。

策略④：当Vn1关闭、Vn2打开、Pn向上工作，此时无杆腔与主液压管道的液压油流动通道切断，有杆腔的液压油流向无杆腔，此时mn向下移动；此时是主动控制状态；此状态与策略①的区别在于Vn1关闭，也即该悬挂装置与主液压管道切断，根据地面起伏情况，主动控制该悬挂装置的伸长，采用此状态时候的多个悬挂装置彼此独立控制。

策略⑤：当Vn1关闭、Vn2打开、Pn向下工作，此时无杆腔与主液压管道的液压油流动通道切断，无杆腔的液压油流向有杆腔，此时mn向上移动；此时是主动控制状态；此状态与策略②的区别在于Vn1关闭，也即该悬挂装置与主液压管道切断，根据地面起伏情况，主动控制该悬挂装置的缩短，当多个悬挂装置采用此状态时候彼此独立控制。

策略⑥：当Vn1关闭、Vn2关闭、Pn不通电，此时无杆腔与主液压管道的液压油流动通道切断、无杆腔与有杆腔的液压油流动通道切断，此时常闭型的Vn1、Vn2和Pn都不通电，是悬挂装置的强制定位状态，也可以理解为车辆的非工作(停车)状态。

为了更全面的说明该装置的控制策略，本发明进一步提供了策略⑦和策略⑧。

策略⑦：当Vn1打开、Vn2关闭、Pn不通电，此时有杆腔与无杆腔的液压油流动通道切断，有杆腔的液压油不可被压缩，此时mn可以在外力作用下向上运动、不可向下运动；此时是被动控制状态；此种状态一般不采用。

策略⑧：当Vn1关闭、Vn2打开、Pn不通电，此时无杆腔与主液压管道的液压油流动通道切断，此时mn的移动方向不定，mn移动方向决于mn受力情况，Pn不通电则液压油的流动方向取决于无杆腔和有杆腔的压力差；此时是被动适应(控制)状态；此状态是策略③的辅助工作状态，一般不采用，与策略③的区别在于第一电磁阀Vn1关闭，也即该悬挂装置与主液压管道切断，根据地面起伏情况，该悬挂装置与地面起伏相适应。

为此，本发明根据各控制策略，提供了控制策略真值表：

备注：

状态“1”表示“电磁阀开”或“Pn向上工作”或“mn向上工作”；

状态“0”表示“电磁阀关”或“Pn向下工作”或“mn向下工作”；

状态“×”表示“mn任意上下不强制”或“Pn不通电”；

状态“－”表示“mn强制定位”。

具体使用时候：

策略①、策略②和策略③是车体各个悬挂装置采用的主要工作状态，由于悬挂装置的Vn1开启，各个悬挂装置的无杆腔处于连通状态，各个悬挂装置“此起彼伏”地适应路面，而且遇到凸起或者凹下路面还能主动控制快速响应；各个悬挂装置可以根据自身所处的路面凸凹情况独立采用策略①或策略②或策略③。

行驶过程中，最先采用策略③工作被动适应路面，同时总控制器判断即将驶入的路面为崎岖不平的路面时，各个悬挂装置根据自身车轮3下面的路况分别采用策略①或策略②。

策略④和策略⑤用于需要悬挂装置独立控制场合，例如行驶于台阶路面时，向上驶入台阶路面时，前排的悬挂装置的控制器采取策略⑤，后排的悬挂装置的控制器采取策略④，便于车体底盘整体高于台阶，避免在上台阶时底盘磕碰至台阶上；当车体即将向下驶入台阶路面时，前排的悬挂装置的控制器采取策略④，后排的悬挂装置的控制器采取策略⑤，便于车体底盘整体高于台阶，避免在下台阶时底盘磕碰至台阶上。

从原理上来讲，策略①、策略②和策略③的各个悬挂装置是一个连通关系，各个悬挂装置的液压油可以通过Vn1在主液压管道内流动；策略④和策略⑤的液压油在各自悬挂装置无杆腔和有杆腔内流动；考虑到工程应用实际情况，优选的方案是，主液压管道连通一个液压油仓和主液压电磁阀，用于特殊情况漏油、少油情况的补充。

优选的，液压缸1的有杆腔和无杆腔端面分别安装有第二压力传感器4和第一压力传感器5，所述第二压力传感器4和第一压力传感器5将压力信号输送至控制器。所述活塞杆2上安装有位移传感器10，所述位移传感器10将位移信号输送至控制器。

本发明所述的各个悬挂装置工作时候，压力传感器和位移传感器10给控制器提供实时的信息输入。(1)位移传感器10实时测量mn的运动状态，如图1所示，mn测量的位移变小则代表的信息：无杆腔液压油减少即mn向上移动；位移传感器10测量的位移变大则代表的信息：有杆腔液压油减少即mn向下移动。mn的上或下运动的最大(极限)位移保证mn不触碰无杆腔下端面和有杆腔上端面，也即不能将无杆腔或有杆腔内的液压油排干净。(2)压力传感器10实时测量无杆腔的压力，上述八种策略中，不管是主动控制还是被动控制，无杆腔和有杆腔的压力总是趋于相等(平衡)，当无杆腔和有杆腔的压力由于主动控制或者被动控制时候地面作用力导致两个腔室存在压力差时候，一定会推动mn运动，以实现无杆腔和有杆腔的压力平衡；当第一压力传感器5测量的压力值大于无杆腔能承受的极限压力、或者Pn能承受的极限压力、或者Vn1能承受的极限压力、或者Vn2能承受的极限压力的时候，要开启Vn1释放压力至主液压管道；当第二压力传感器4测量的压力值大于有杆腔能承受的极限压力、或者Pn能承受的极限压力、或者Vn1能承受的极限压力、或者Vn2能承受的极限压力的时候，要开启Vn2和Vn1释放压力至主液压管道。

本发明所述的控制策略不仅可以运用于越野等特种车辆，也可以广泛应用到客车运输车辆的悬挂系统，适用于多种行驶环境。

在本发明中，采用压力传感器测量无杆腔和有杆腔压力变化实现路面凸凹情况判断；进一步优选的方案，悬挂装置上设置有路面状态识别传感器，例如距离传感器，距离传感器将其轮腿所在的路面情况的信息实时传递给总控制器，总控制器判断路面是否存在凹凸情况，总控制器进而将指令输送至各个控制器；进一步的，判断路面是否存在凹凸情况除了采用距离传感器(超声波测距传感器、红外线测距传感器、激光测距传感器、雷达测距传感器，等等)，也可以采用摄像头等视觉传感器，以及其他能识别路面凸凹情况的传感器，这些传感器给控制器提供路面情况的信息输入，这些无人驾驶车辆的路面识别技术为本领域公知常识，由于本发明的目的是提供一种主被动液压悬挂控制策略，因此对具体的传感器及其路面凸凹识别的工作方式不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种主/被动复合液压悬挂控制策略选择方法，其特征在于，该方法是通过悬挂装置实现的，所述悬挂装置包括控制器，液压缸（1），与液压缸（1）伸缩配合的活塞杆（2），转动安装于活塞杆（2）自由端的轮轴，安装于轮轴两端的车轮（3），所述液压缸（1）的有杆腔和无杆腔均充满有液压油，位于液压缸（1）外的液压缸（1）的有杆腔和无杆腔之间连接有连通管（6），连通管（6）上串联安装有第二电磁阀（7）和液压泵（8），所有液压缸（1）的无杆腔通过第一电磁阀（9）共同连接至主液压管上，控制器控制第二电磁阀（7）和第一电磁阀（9）的通断以及液压泵（8）的工作状态；多个悬挂装置的液压缸（1）的缸体端部安装于车体底盘下方，车体内安装有总控制器，总控制器将路况信息传递给各个控制器；

所述方法包括以下步骤：

步骤一.确定各种控制策略，所述控制策略包括：

策略①：第一电磁阀（9）和第二电磁阀（7）打开，液压泵（8）将液压油从液压缸（1）的有杆腔抽向无杆腔；

策略②：第一电磁阀（9）和第二电磁阀（7）打开，液压泵（8）将液压油从液压缸（1）的无杆腔抽向有杆腔；

策略③：第一电磁阀（9）和第二电磁阀（7）打开，液压泵（8）不通电；

策略④：第一电磁阀（9）关闭，第二电磁阀（7）打开，液压泵（8）将液压油从液压缸（1）的有杆腔抽向无杆腔；

策略⑤：第一电磁阀（9）关闭，第二电磁阀（7）打开，液压泵（8）将液压油从液压缸（1）的无杆腔抽向有杆腔；

策略⑥：第一电磁阀（9）和第二电磁阀（7）关闭，液压泵（8）不通电；

步骤二.根据路况信息，各控制器选择相应的控制策略；

㈠当车体底部任意悬挂装置即将驶入凹下路面时，相应的控制器采取策略①；

㈡当车体底部任意悬挂装置即将驶入凸起路面时，相应的控制器采取策略②；

㈢当车体底部任意悬挂装置即将驶入平坦路面时，相应的控制器采取策略③；

㈣当车体即将向上驶入台阶路面时，前排的悬挂装置的控制器采取策略⑤，后排的悬挂装置的控制器采取策略④；

㈤当车体即将向下驶入台阶路面时，前排的悬挂装置的控制器采取策略④，后排的悬挂装置的控制器采取策略⑤；

㈥当车体处于停车状态时，各个控制器采取策略⑥。

2.根据权利要求1所述的一种主/被动复合液压悬挂控制策略选择方法，其特征在于，液压缸（1）的有杆腔和无杆腔端面分别安装有第二压力传感器（4）和第一压力传感器（5），所述第二压力传感器（4）和第一压力传感器（5）将压力信号输送至控制器。

3.根据权利要求1或2所述的一种主/被动复合液压悬挂控制策略选择方法，其特征在于，所述活塞杆（2）上安装有位移传感器（10），所述位移传感器（10）将位移信号输送至控制器。

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