CN109733152A - 一种可断开式汽车半主动横向稳定杆系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可断开式汽车半主动横向稳定杆系统，包括稳定杆、电磁离合器、磁流变阻尼器和控制器；所述稳定杆包括左半杆和右半杆，所述左半杆一端通过磁流变阻尼器安装在车辆悬架下摆臂上；所述右半杆一端安装在车辆悬架下摆臂上；所述控制器通过控制电磁离合器使左半杆和右半杆连接或断开；所述控制器根据车辆运行的参数控制磁流变阻尼器产生阻尼力。所述右半杆一端通过竖连杆安装在车辆悬架下摆臂上。本发明能够实现无稳定杆，被动稳定杆以及半主动稳定杆三种不同的工作模式。而其中的半主动稳定杆能够在不需要直接动力源的情况下，通过电流的改变来随着车身的侧倾实时改变稳定杆的力矩，提高车身的稳定性和平顺性。

Description

一种可断开式汽车半主动横向稳定杆系统及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车悬架领域，特别涉及一种可断开式汽车半主动横向稳定杆系统及控制方法。

背景技术

横向稳定杆是当前车辆上极为重要的一个零部件。为提高行驶平顺性，车辆悬架大多刚度较低，转向时容易造成车身侧倾。而稳定杆则能够减小车辆侧倾角，提高车身的稳定性。

目前车辆上使用的大多是被动横向稳定杆，当车身侧倾时，稳定杆的一端向上抬，另一端向下压，利用稳定杆两端的位移差产生抗侧倾力矩，调节车身姿态。但被动式稳定杆刚度固定，无法随着车身的跳动来实时调节。刚度过大，容易影响车身的平顺性，导致较差的驾乘感受；刚度过小，则在侧倾较大时无法保证车辆的安全性。

因此国内的专家学者们研发了多种变刚度的横向稳定杆以适应不同路况。中国的发明专利以伺服电机为动力源并采用多级行星齿轮机构进行减速增矩,虽然能够主动的提供较大的反向扭矩以防侧倾,但是其行星齿轮组结构复杂,可维护性差,制造成本大,难以实现通用化，且电机体积较大，不易在车辆底盘上进行布置。

中国另一发明专利是以液压缸为动力源进行主动稳定杆的设计并采用了一整套集成阀对其进行控制。虽然其结构较为简单，易于装配，但液压系统具有非线性，控制精度不高，且液压结构需要发动机带动，不适用于电动、混动车上。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种可断开式汽车半主动横向稳定杆系统及控制方法，使其能够实现无稳定杆，被动稳定杆以及半主动稳定杆三种不同的工作模式。而其中的半主动稳定杆能够在不需要直接动力源的情况下，通过电流的改变来随着车身的侧倾实时改变稳定杆的力矩，提高车身的稳定性和平顺性。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种可断开式汽车半主动横向稳定杆系统，包括稳定杆、电磁离合器、磁流变阻尼器和控制器；所述稳定杆包括左半杆和右半杆，所述左半杆一端通过磁流变阻尼器安装在车辆悬架下摆臂上；所述右半杆一端安装在车辆悬架下摆臂上；所述控制器通过控制电磁离合器使左半杆和右半杆连接或断开；所述控制器根据车辆运行的参数控制磁流变阻尼器产生阻尼力。

进一步，还包括竖连杆；所述右半杆一端通过竖连杆安装在车辆悬架下摆臂上，用于保持稳定杆的平衡。

进一步，所述磁流变阻尼器的活塞上安装位移传感器，用于测量活塞的位移、速度和加速度；所述控制器通过接收方向盘转角、车身侧倾角、侧向加速度和活塞的位移，控制所述电磁离合器的通断和所述磁流变阻尼器电流的大小。

一种可断开式汽车半主动横向稳定杆的控制方法，包括如下步骤：

将方向盘转角、车身侧倾角、侧向加速度和活塞的位移输入所述控制器；所述控制器根据方向盘转角大小和车身侧倾角大小判断，是否控制所述电磁离合器的通断和控制磁流变阻尼器工作。

进一步，所述控制器根据方向盘转角大小和车身侧倾角大小判断的方法具体为：

当方向盘转角为零，且车身侧倾角也为零时，则所述电磁离合器和磁流变阻尼器均不工作；

当方向盘转角小于等于90°，且车身侧倾角小于0.5倍的车辆侧翻角阈值时，则所述控制器控制所述电磁离合器将左半杆和右半杆连接；所述磁流变阻尼器不工作；

当方向盘转角大于90°，且车身侧倾角小于0.5倍的车辆侧翻角阈值时，则所述控制器控制所述电磁离合器将左半杆和右半杆连接；所述控制器控制磁流变阻尼器产生阻尼力。

进一步，所述控制器控制磁流变阻尼器产生阻尼力具体为：

所述控制器通过车身当前侧向加速度a_y计算出当前抗侧倾力矩M_anti；

所述控制器根据M_anti＝F_MR·l_r计算当前需要的阻尼力F_MR，其中，l_r为车辆侧倾中心与安装磁流变阻尼器的车架之间的距离；

所述控制器根据磁流变阻尼器的力学特性和活塞的位移得出应输入磁流变阻尼器的电流。

进一步，所述磁流变阻尼器(6)力学特征为：

其中：F_MR为阻尼力；

x为活塞位移；

刚度系数

指数系数β＝-2.8753×10^-3(v_m-56.33561602e^-2.91142695I+71.77004342)；

阻尼系数

屈服应力f_y＝1598.687641-1541.573746e^{-0.812217071I}；

穿越速度v_h＝v_m(0.274581026-0.260480766e^{-3.325729054I})；

I为应输入磁流变阻尼器的电流；

最大激励速度其中为活塞的速度，为活塞的加速度。

进一步，通过车身当前侧向加速度a_y计算出当前抗侧倾力矩M_anti，具体为：

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆系统及控制方法，通过改变电磁离合器的通断，能够改变稳定杆的工作模式以适应不同的行驶状态，提高的车辆的平顺性。

2.本发明所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆系统及控制方法，通过改变电磁线圈内的电流大小，调节稳定杆的扭转刚度，从而达到防侧倾的效果，提高了汽车的抗侧倾能力。

3.本发明所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆系统及控制方法，由于磁流变阻尼器只需要调节电流大小，不需要直接的动力源，节省了车辆的能源，在未来电动车的发展趋势下能够很好的提高续航里程。

4.本发明所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆系统及控制方法，磁流变阻尼器代替左侧的竖连杆安装在横向稳定杆上，不需要改变车辆底盘的布置，节省空间。

附图说明

图1为本发明所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆系统结构图。

图中：

1-左半杆；2-右半杆；3-控制器；4-电磁离合器；5-竖连杆；6-磁流变阻尼器。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆系统，包括稳定杆、电磁离合器4、磁流变阻尼器6和控制器3；所述稳定杆包括左半杆1和右半杆2，所述左半杆1一端通过磁流变阻尼器6安装在车辆悬架下摆臂上；所述右半杆2一端安装在车辆悬架下摆臂上；所述控制器3通过控制电磁离合器4使左半杆1和右半杆2连接或断开；所述右半杆2一端通过竖连杆5安装在车辆悬架下摆臂上，用于保持稳定杆的平衡。所述控制器3根据车辆运行的参数控制磁流变阻尼器6产生阻尼力。

磁流变阻尼器6是一种阻尼可调式减振器，它内部以磁流变液作为工作液，通过改变施加于流体的磁场强度，改变磁流体的屈服应力和粘度，从而获得可变的阻尼力。磁流变阻尼器活塞的两端设有电磁线圈，通过改变线圈内电流的大小可以改变磁场强度。磁流变阻尼器的活塞位于行程中间，活塞上安装位移传感器以测量活塞的瞬时位移x、速度和加速度现有的智能汽车中基本安装有方向盘转角传感器、车辆侧向加速度传感器和车身侧倾角传感器，本发明的所述控制器3通过接收方向盘转角、车身侧倾角、侧向加速度和活塞的位移，控制所述电磁离合器4的通断和所述磁流变阻尼器6电流的大小。

本发明所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆的控制方法，包括如下步骤：

将方向盘转角、车身侧倾角、侧向加速度和活塞的位移输入所述控制器3；

所述控制器3根据方向盘转角大小和车身侧倾角大小判断，是否控制所述电磁离合器4的通断和控制磁流变阻尼器6工作。具体为：

当方向盘转角为零，且车身侧倾角也为零时，则所述电磁离合器4和磁流变阻尼器6均不工作，这样保证车辆良好的平顺性，此时车辆处于无稳定杆的状态；

当方向盘转角小于等于90°，且车身侧倾角小于0.5倍的车辆侧翻角阈值时，则所述控制器3控制所述电磁离合器4将左半杆1和右半杆2连接；所述磁流变阻尼器6不工作，此时该系统作为被动稳定杆工作；

当方向盘转角大于90°，且车身侧倾角小于0.5倍的车辆侧翻角阈值时，则所述控制器3控制所述电磁离合器4将左半杆1和右半杆2连接；所述控制器3控制磁流变阻尼器产生阻尼力，此时该系统作为半主动横向稳定杆工作。

所述控制器3控制磁流变阻尼器产生阻尼力具体为：

所述控制器3通过车身当前侧向加速度a_y计算出当前抗侧倾力矩M_anti，具体为：

所述控制器3根据M_anti＝F_MR·l_r计算当前需要的阻尼力F_MR，其中，l_r为车辆侧倾中心与安装磁流变阻尼器的车架之间的距离；

所述控制器3根据磁流变阻尼器6的力学特性和活塞的位移得出应输入磁流变阻尼器6的电流，具体为：对于双曲正切模型的所述磁流变阻尼器6力学特征为：

其中：F_MR为阻尼力；

x为活塞位移；

刚度系数

指数系数β＝-2.8753×10^-3(v_m-56.33561602e^-2.91142695I+71.77004342)；

阻尼系数

屈服应力f_y＝1598.687641-1541.573746e^{-0.812217071I}；

穿越速度v_h＝v_m(0.274581026-0.260480766e^{-3.325729054I})；

I为应输入磁流变阻尼器6的电流；

最大激励速度其中为活塞的速度，为活塞的加速度。

由于磁流变阻尼器6的活塞运动为一简谐振动，因此可将其位移公式记为那么其最大速度v_m＝A·2πf。但是因为辨识振幅和频率需要一定时间，因此该公式不适合实时计算最大速度。又因为简谐振动的速度加速度因此可通过三角运算得出最大速度

所述控制器3可固定在车架上，根据车辆行驶状态控该横向稳定杆系统：

当汽车行驶在平直的道路上时，控制器3采集车身侧倾角，方向盘转角等信号。方向盘转角为零时，控制左右半杆断开，稳定杆不提供扭矩。

当汽车行驶在凹凸不平的路面上时，控制器3采集车身侧倾角，方向盘转角等信号。方向盘转角为零时，左右半杆在电磁离合器的作用下联接，磁流变阻尼器不提供阻尼力，系统作为被动稳定杆提供固定扭矩。

当汽车转向行驶时，控制器采集车身侧倾角，方向盘转角等信号。当方向盘转角不为零，或车辆侧倾角大于所设定的值时。左右半杆联接，控制器3通过侧向加速度计算出车辆此时所需抗侧倾力矩，通过车辆所需抗侧倾力矩得出磁流变阻尼器需提供的阻尼力大小，磁流变阻尼器的活塞因振动而产生位移，安装在活塞杆上的传感器将活塞的瞬时位移、速度、加速度的数据输入进控制器，计算出此时的最大速度v_m，最后，根据活塞的位移、速度和最大速度的值，计算出电流大小。控制器将电流信号输入磁流变阻尼器，产生阻尼力，达到使车辆横向稳定的效果。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可断开式汽车半主动横向稳定杆系统，其特征在于，包括稳定杆、电磁离合器(4)、磁流变阻尼器(6)和控制器(3)；所述稳定杆包括左半杆(1)和右半杆(2)，所述左半杆(1)一端通过磁流变阻尼器(6)安装在车辆悬架下摆臂上；所述右半杆(2)一端安装在车辆悬架下摆臂上；所述控制器(3)通过控制电磁离合器(4)使左半杆(1)和右半杆(2)连接或断开；所述控制器(3)根据车辆运行的参数控制磁流变阻尼器(6)产生阻尼力。

2.根据权利要求1所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆系统，其特征在于，还包括竖连杆(5)；所述右半杆(2)一端通过竖连杆(5)安装在车辆悬架下摆臂上，用于保持稳定杆的平衡。

3.根据权利要求1所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆系统，其特征在于，所述磁流变阻尼器(6)的活塞上安装位移传感器，用于测量活塞的位移、速度和加速度；所述控制器(3)通过接收方向盘转角、车身侧倾角、侧向加速度和活塞的位移，控制所述电磁离合器(4)的通断和所述磁流变阻尼器(6)电流的大小。

4.一种根据权利要求3所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

将方向盘转角、车身侧倾角、侧向加速度和活塞的位移输入所述控制器(3)；所述控制器(3)根据方向盘转角大小和车身侧倾角大小判断，是否控制所述电磁离合器(4)的通断和控制磁流变阻尼器(6)工作。

5.根据权利要求4所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆的控制方法，其特征在于，所述控制器(3)根据方向盘转角大小和车身侧倾角大小判断的方法具体为：

当方向盘转角为零，且车身侧倾角也为零时，则所述电磁离合器(4)和磁流变阻尼器(6)均不工作；

当方向盘转角小于等于90°，且车身侧倾角小于0.5倍的车辆侧翻角阈值时，则所述控制器(3)控制所述电磁离合器(4)将左半杆(1)和右半杆(2)连接；所述磁流变阻尼器(6)不工作；

当方向盘转角大于90°，且车身侧倾角小于0.5倍的车辆侧翻角阈值时，则所述控制器(3)控制所述电磁离合器(4)将左半杆(1)和右半杆(2)连接；所述控制器(3)控制磁流变阻尼器产生阻尼力。

6.根据权利要求5所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆的控制方法，其特征在于，所述控制器(3)控制磁流变阻尼器产生阻尼力具体为：

所述控制器(3)通过车身当前侧向加速度a_y计算出当前抗侧倾力矩M_anti；

所述控制器(3)根据M_anti＝F_MR·l_r计算当前需要的阻尼力F_MR，其中，l_r为车辆侧倾中心与安装磁流变阻尼器的车架之间的距离；

所述控制器(3)根据磁流变阻尼器(6)的力学特性和活塞的位移得出应输入磁流变阻尼器(6)的电流。

7.根据权利要求6所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆的控制方法，其特征在于，所述磁流变阻尼器(6)力学特征为：

其中：F_MR为阻尼力；

x为活塞位移；

刚度系数

指数系数β＝-2.8753×10^-3(v_m-56.33561602e^-2.91142695I+71.77004342)；

阻尼系数

屈服应力f_y＝1598.687641-1541.573746e^{-0.812217071I}；

穿越速度v_h＝v_m(0.274581026-0.260480766e^{-3.325729054I})；

I为应输入磁流变阻尼器(6)的电流；

最大激励速度其中为活塞的速度，为活塞的加速度。

8.根据权利要求6所述的可断开式汽车半主动横向稳定杆的控制方法，其特征在于，通过车身当前侧向加速度a_y计算出当前抗侧倾力矩M_anti，具体为：