CN109774399B - 一种路面激振频率范围识别的液压互联悬架半主动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种路面激振频率范围识别的液压互联悬架半主动控制方法：(1)基于液压互联架构，从车身垂向振动和侧倾振动对液压互联系统节流阀阻尼敏感程度分析结果呈现的互补性，提出车辆平顺性及侧倾稳定性控制阻尼调节办法，(2)提出路面激振频率范围识别方法，本发明当路面激振频率低于临界频率时，使悬架系统进行低频半主动控制，当路面激振频率高于临界频率时，使悬架系统进行中高频半主动控制，从而使悬架系统半主动控制在更宽的频带内改善车辆的平顺性；当车辆侧向加速度高于某一临界值时，悬架系统调节侧倾振动敏感的节流阀阻尼，使之与蓄能器共同作用下，改善车辆侧倾振动瞬态响应和稳态响应特性。

Description

一种路面激振频率范围识别的液压互联悬架半主动控制方法

技术领域

本发明涉及汽车悬架技术领域，特别是具有路面激振频率范围识别和基于液压互联架构的阻尼可调半主动悬架，具体为一种路面激振频率范围识别的液压互联悬架半主动控制方法。

背景技术

半主动悬架因其低能量消耗、无需力发生器而带来的低经济成本，以及在一定频带内能取得和主动悬架相当的控制效果，成为目前提升车辆行驶平顺性的主要应用技术。

然而，研究表明，目前基于非互联式悬架的天棚阻尼最大-最小切换半主动控制具有频率依赖性，当路面不平度在簧载质量固有频率(1-2Hz)附近低频激振时，该控制技术具有良好的减振效果，但在路面激振频率更高的中高频频带内激振时，则表现出与被动悬架相近甚至更差的性能。其次，目前基于非互联式悬架的天棚阻尼最大-最小切换半主动控制，由于垂向振动与侧倾振动的耦合特性，阻尼调节需在平顺性和抗侧倾性能之间折中。此外，由于非互联式悬架的天棚阻尼最大-最小切换半主动控制仅改变悬架系统的阻尼，因而只能改善车身侧倾的瞬态响应特性，无法提升车身侧倾稳态响应特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种路面激振频率范围识别的液压互联悬架半主动控制方法，可在更宽的频带内改善车辆行驶平顺性，以及综合改善车身侧倾瞬态响应和稳态响应特性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种路面激振频率范围识别的液压互联悬架半主动控制方法：

(1)基于液压互联架构，从车身垂向振动和侧倾振动对液压互联系统节流阀阻尼敏感程度分析结果呈现的互补性，即垂向振动对与液压缸相连的节流阀阻尼敏感，而对与蓄能器相连的节流阀阻尼不敏感，以及侧倾振动对与液压缸相连的节流阀阻尼不敏感而对与蓄能器相连的节流阀阻尼敏感，提出车辆平顺性及侧倾稳定性控制阻尼调节办法，具体为：

(a)平顺性控制调节与液压缸相连的节流阀阻尼；

(b)侧倾稳定性控制调节与蓄能器相连的节流阀阻尼；

(2)提出路面激振频率范围识别方法：

A.构建路面激振频率范围判断函数：

F(t)＝|x_c(t)"|-ω₀ ²|x_c(t)| (₁)

其中，x_c(t)"为簧载质量质心垂向加速度，x_c(t)为簧载质量质心位置垂向位移，ω₀为临界频率；

B.在公式(1)的基础上消除阻尼系统瞬态响应的影响；

具体过程为：

(a)k为定值，滚动计算k个点振动响应平方和；

①当测试点数n小于k时，由于难以判断路面激振频率w是否高于临界频率ω₀，故默认采用低频控制策略；

②当测试点数达到k点时，分别对振动响应量进行如公式(2)、(3)所示计算；

(b)比较H(n-k)和P(n-k)的大小，如果H(n-k)＜P(n-k)，即F(n-k)＜0，则w＜ω₀，半主动控制采用低频控制策略，反之，则采用中高频控制策略。

进一步的，所述方法设计与液压缸相连的节流阀在低频控制时的阻尼及对应的最大-最小流通孔径，称之为D__L，设计与液压缸相连的节流阀在中高频控制时的阻尼及对应的最大-最小流通孔径，称之为D__H。

进一步的，所述方法当路面激振频率低于临界频率时，采用低频控制策略，使与液压缸相连的节流阀在最大-最小阻尼D__L之间切换；当路面激振频率高于临界频率时，采用中高频控制策略，使与液压缸相连的节流阀在最大-最小阻尼D__H之间切换，提高车辆行驶平顺性。

进一步的，所述方法当车辆侧向加速度高于一定值时，使与蓄能器相连的节流阀在最大-最小阻尼之间切换，且与蓄能器一起作用，提高车辆侧倾姿态的瞬态响应特性和稳态响应特性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明根据液压互联悬架车身垂向振动和侧倾振动对液压互联系统节流阀阻尼敏感程度，提出平顺性和抗侧倾控制阻尼调节办法；分别设计车身垂向振动敏感的节流阀在路面低频激励和中高频激励时的最大-最小阻尼及对应节流孔径，根据提出的路面激振频率范围判断办法，当路面激振频率低于临界频率时，使悬架系统进行低频半主动控制，当路面激振频率高于临界频率时，使悬架系统进行中高频半主动控制，从而使悬架系统半主动控制在更宽的频带内改善车辆的平顺性；当车辆侧向加速度高于某一临界值时，悬架系统调节侧倾振动敏感的节流阀阻尼，使之与蓄能器共同作用下，改善车辆侧倾振动瞬态响应和稳态响应特性。

附图说明

图1为本发明提出的具有路面激振频率范围识别的液压互联悬架半主动控制方法流程图；

图2为本发明提出的液压互联架构上半主动控制结构图；

1-簧载质量；2a、2b-传统悬架的弹簧；3a、3b-液压互联装置的蓄能器；4a、4b-传统悬架的减振器；5a、5b-液压互联装置的液压缸；6a、6b、6c、6d、6e、6f-液压互联装置的节流阀；7a、7b-液压互联装置的液压回路；8a、8b-非簧载质量；9a、9b-轮胎；10a、10b-线性位移传感器；11a、11b-垂向加速度传感器；ay-车辆侧向加速度；xc-簧载质量质心垂向加速度；

图3为本发明阻尼可调液压互联装置结构示意图；

图4为本发明提出的、基于灵敏度分析的液压互联悬架半主动平顺性控制和抗侧倾控制阻尼调节办法图；

图5为本发明液压互联悬架平顺性对液压互联系统参数灵敏度分析结果图；

p0-蓄能器预充压力；D11-与液压互联装置液压缸上腔相连的节流阀流通孔径；D21-与液压互联装置液压缸下腔相连的节流阀流通孔径；D31-与液压互联装置蓄能器相连的节流阀流通孔径；

图6为本发明液压互联悬架侧倾性能对液压互联系统参数灵敏度分析结果图；

图7为路面激振频率为2π弧度/秒时，采用本发明提出的路面激振频率范围判断结果图；

图8为路面激振频率为6π弧度/秒时，采用本发明提出的路面激振频率范围判断结果图；

图9为本发明提出的临界频率确定办法图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明技术方案，并不限于本发明。

本发明提出了一种路面激振频率范围识别的液压互联悬架半主动控制方法。如图2所示，所述具有频率范围识别的液压互联半主动控制悬架，为传统被动悬架的基础上并联一套图3所示阻尼可调液压互联系统，通过路面激振频率范围判断，设计垂向振动敏感的节流阀阻尼，实现更宽的频带内改善车辆行驶平顺性；同时调整侧倾振动敏感的节流阀阻尼，使之与蓄能器共同作用下，综合改善车身姿态瞬态响应和稳态响应特性。

(1)对图3所示阻尼可调液压互联悬架进行垂向振动及侧倾振动下液压互联装置参数灵敏度分析，得到图5和图6所示参数灵敏度结论，即垂向振动对与液压互联装置液压缸相连的节流阀阻尼敏感，侧倾振动对与液压互联装置蓄能器相连的节流阀阻尼敏感。

(2)基于灵敏度分析结果，提出平顺性和抗侧倾阻尼半主动控制方法，即调节与液压互联装置液压缸相连的节流阀阻尼提高平顺性，调节与液压互联装置蓄能器相连的节流阀阻尼提高侧倾稳定性。

(3)提出路面激振频率范围识别方法：

A.构建路面激振频率范围判断函数：

F(t)＝|x_c(t)"|-ω₀ ²|x_c(t)| (1)

其中，x_c(t)"为簧载质量质心垂向加速度，x_c(t)为簧载质量质心位置垂向位移，ω₀为临界频率，由步骤(5)和图9确定；

B.在公式(1)的基础上消除阻尼系统瞬态响应的影响；

因瞬态响应很快会衰减消失，由此可知，瞬态响应振动能量比稳态响应振动能量要低很多，因而对振动响应量的平方进行滑动平均滤波，以滤掉瞬态响应造成的影响，提高路面激振频率范围判断的准确性。

具体过程为：

(a)k为定值，滚动计算k个点振动响应平方和；

①当测试点数n小于k时，由于难以判断路面激振频率w是否高于临界频率ω₀，故默认采用低频控制策略；

②当测试点数达到k点时，分别对振动响应量进行如公式(2)、(3)所示计算；

(b)比较H(n-k)和P(n-k)的大小，如果H(n-k)＜P(n-k)，即F(n-k)＜0，则w＜ω₀，半主动控制采用低频控制策略，反之，则采用中高频控制策略。

(4)ω₀＝11rad/s时，图7和图8为路面激振频率分别为2π和6π时的H(n-k)、P(n-k)计算结果，从两图可以判断本方法能消除悬架控制瞬态响应的影响，准确地判断路面激振频率范围。

(5)临界频率ω₀确定办法：

由悬架系统半主动控制仿真计算分别得到图9所示被动悬架、阻尼半主动控制低频控制策略和阻尼半主动控制中高频控制策略的“车身加速度-路面不平度”幅频特性曲线，可以发现，低频控制策略在簧载质量固有频率(1-2Hz)附近能有效改善车辆平顺性，而中高频控制策略则在悬架系统第一阶和第二阶固有频率之间有效改善车辆平顺性，临界频率ω₀取低频控制策略和中高频控制策略幅频特性曲线的交点对应频率值，图9中，ω₀约等于11rad/s。

(6)阻尼控制策略

根据步骤(2)、(3)、(4)、(5)，在确定路面激振频率范围后，分别设计低频控制时的节流阀最大、最小阻尼及对应流通孔径，以及中高频控制时的节流阀最大、最小阻尼及对应流通孔经。

A.平顺性控制：

a)w＜ω₀：

if x_sj′(x_sj′-x_uj′)≥0 D_1j＝D_{min1_L}，D_2j＝D_{min2_L}；

if x_sj′(x_sj′-x_uj′)＜0 D_1j＝D_{max1_L}，D_2j＝D_{max2_L}

b)w≥ω₀

if x_sj′(x_sj′-x_uj′)≥0 D_1j＝D_{min1_H}，D_2j＝D_{min2_H}；

if x_sj′(x_sj′-x_uj′)＜0 D_1j＝D_{max1_H}，D_2j＝D_{max2_H}

B.抗侧倾控制：

if a_y≥a_y0 D_3j＝D_min3

if a_y＜a_y0 D_3j＝D_max3

其中，下标j＝(f，r)，分别代表左侧和右侧位置，x_sj′为左右侧簧载质量垂向速度，x_uj′为左右侧非簧载质量垂向速度，D_1j为左右侧与液压互联装置液压缸上腔相连的节流阀流通孔径，D_2j为左右侧与液压互联装置液压缸下腔相连的节流阀流通孔径，D_3j为左右侧与液压互联装置蓄能器相连的节流阀流通孔径，a_y0为侧向加速度阈值，D_{min1_L}、D_{max1_L}、D_{min2_L}、D_{max2_L}、D_{min3_L}、D_{max3_L}为低频控制对应的优化后的节流阀最小和最大流通孔径，D_{min1_H}、D_{max1_H}、D_{min2_H}、D_{max2_H}、D_{min3_H}、D_{max3_H}为低频控制对应的优化后的节流阀最小和最大流通孔径。

如图1所示，本发明提出的半主动控制方法包括步骤：

(a)对图3所示阻尼可调液压互联系统的6个节流阀在垂向振动和侧倾振动的灵敏度进行分析，提出图4所示平顺性半主动控制和抗侧倾半主动控制方法；

(b)采集各悬架位置的簧载质量垂向加速度和各悬架变形量数据，获得车身质心位置绝对位移和垂向加速度；

(c)根据本发明提出的方法，判断当前路面激振频率范围；

(d)根据路面激振频率范围判断结果，调节与液压缸相连的节流阀阻尼，使半主动控制能在更宽的频带内提高行驶平顺性；

(e)若进行转向，当侧向加速度达到一定阈值，调节与蓄能器相连的节流阀阻尼，使之与蓄能器共同作用提高抗侧倾性能。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种路面激振频率范围识别的液压互联悬架半主动控制方法，其特征在于：

(1)基于液压互联架构，从车身垂向振动和侧倾振动对液压互联系统节流阀阻尼敏感程度分析结果呈现的互补性，即垂向振动对与液压缸相连的节流阀阻尼敏感，而对与蓄能器相连的节流阀阻尼不敏感，以及侧倾振动对与液压缸相连的节流阀阻尼不敏感而对与蓄能器相连的节流阀阻尼敏感，提出车辆平顺性及侧倾稳定性控制阻尼调节办法，具体为：

(a)平顺性控制调节与液压缸相连的节流阀阻尼；

(b)侧倾稳定性控制调节与蓄能器相连的节流阀阻尼；

(2)提出路面激振频率范围识别方法：

A.构建路面激振频率范围判断函数：

F(t)＝|x_c(t)"|-ω₀ ²|x_c(t)| (1)

其中，x_c(t)”为簧载质量质心垂向加速度，x_c(t)为簧载质量质心位置垂向位移，ω₀为临界频率；

B.在公式(1)的基础上消除阻尼系统瞬态响应的影响；

具体过程为：

(a)k为定值，滚动计算k个点振动响应平方和；

①当测试点数n小于k时，由于难以判断路面激振频率w是否高于临界频率ω₀，故默认采用低频控制策略；

②当测试点数达到k点时，分别对振动响应量进行如公式(2)、(3)所示计算；

(b)比较H(n-k)和P(n-k)的大小，如果H(n-k)＜P(n-k)，即F(n-k)＜0，则w＜ω₀，半主动控制采用低频控制策略，反之，则采用中高频控制策略。

2.根据权利要求1所述的一种路面激振频率范围识别的液压互联悬架半主动控制方法，其特征在于：所述液压互联悬架半主动控制方法设计与液压缸相连的节流阀在低频控制时的阻尼及对应的最大-最小流通孔径，称之为D__L，设计与液压缸相连的节流阀在中高频控制时的阻尼及对应的最大-最小流通孔径，称之为D__H。

3.根据权利要求1所述的一种路面激振频率范围识别的液压互联悬架半主动控制方法，其特征在于：所述液压互联悬架半主动控制方法当路面激振频率低于临界频率时，采用低频控制策略，使与液压缸相连的节流阀在最大-最小阻尼D__L之间切换；当路面激振频率高于临界频率时，采用中高频控制策略，使与液压缸相连的节流阀在最大-最小阻尼D__H之间切换，提高车辆行驶平顺性。

4.根据权利要求1所述的一种路面激振频率范围识别的液压互联悬架半主动控制方法，其特征在于：所述液压互联悬架半主动控制方法当车辆侧向加速度高于一定值时，使与蓄能器相连的节流阀在最大-最小阻尼之间切换，且与蓄能器一起作用，提高车辆侧倾姿态的瞬态响应特性和稳态响应特性。

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