CN109812536A - 汽车磁流变半主动悬架减振器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆悬架领域，提供一种汽车磁流变半主动悬架减振器包括活塞杆、底阀组件、活塞组件、减振器本体、控制模块，减振器本体为中空管状同轴地内套有内筒，减振器本体与内筒之间形成有储液腔，其一端与汽车车轮固定连接，另一端与汽车车架连接，底阀组件固定设置在减振器本体靠近汽车车轮的一端，活塞组件设置在减振器本体内，活塞组件可自由沿所述内筒轴线方向滑动，内筒内壁设置有导轨，活塞组件朝远离底阀组件的一端与活塞杆连接，储液腔与内筒内部充满磁流变液，不仅结构紧凑、简单，且改善减振器内部阻尼特性，本发明同时应用了一种基于此汽车磁流变半主动悬架减振器的控制方法，便于实现，效率高，且有效减少滞回性。

Description

汽车磁流变半主动悬架减振器及控制方法

技术领域

本发明涉及车辆悬架技术领域，特别涉及一种汽车磁流变半主动悬架减振器及控制方法。

背景技术

汽车悬架(Automotive Suspension)是影响汽车平顺性、操控稳定性能的重要组成部分，汽车悬架分为独立悬架和非独立悬架，通常是指车身、车架、车轮之间的连接结构系统，其结构包括避震器、悬架弹簧、防倾杆、纵向杆等，当汽车行驶在路面上时因地面不平整而受到冲击，很大一部分是由汽车悬架吸收，所以汽车悬架是影响汽车驾驶舒适性的关键部件，在各类车辆中都有着广泛的应用。

针对路面状况，利用电磁反应快速反应，抑制振动保持车身稳定，采用磁流变液(Magneto-Rheological Fluid，MR)作为减振器的工作介质，可在50～140℃内正常工作，且相比传统的汽车减振器，运动部件减少，能耗小且振动小。

传统的参数固定的被动悬架不能进行适时调节控制，路面适应性差，半主动悬架通过传感器感知路面状况和车身姿态，对阻尼参数进行调节，从而改善汽车行驶平顺性和稳定性的一种可控式悬架系统。CN 109203900 A公开了一种基于磁流变技术的汽车电控半主动悬架系统，包括用于检测车身的垂直加速度信息、车轮与车身的相对行程信息和磁流变减振器的温度信息的检测模块，根据所述车身的垂直加速度信息、所述车轮与车身的相对行程信息和所述磁流变减振器的温度信息识别所述车辆的当前行驶路面状态，并根据所述当前行驶路面状态控制所述磁流变减振器的阻尼状态的悬架控制模块。CN107976904A公开了一种磁流变半主动悬架泰勒级数-二重H₂时滞补偿控制方法，将时滞写成一阶泰勒级数-时滞方程，并与悬架系统状态方程组成增广状态方程，且该一阶泰勒级数-时滞方程以下一时滞时刻的预测控制力为输入；针对此增广状态方程，利用H₂范数约束悬架综合性能指标，利用H₂范数约束下一时滞时刻的预测控制力，设计泰勒级数-H₂/H₂时滞补偿控制器；该时滞补偿控制器以悬架状态变量和上述一阶泰勒级数-时滞方程输出为输入，以下一时滞时刻的预测控制力为输出求取控制电流信号，并输入数控电流源获得磁流变减振器的实际控制电流，进而实现对磁流变半主动悬架时滞补偿控制。

然而汽车磁流变半主动悬架的阻尼力大小是由输入电流适时调节，且因磁流变现象、电磁线圈滞后等因素存在滞回效应，其使得整个悬架系统表现为滞回性和非线性，使得结构复杂且控制难度大、且缺乏主动控制，所以传统的悬架结构不能很好地适应实际工况下阻尼主动控制的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种汽车磁流变半主动悬架减振器，该汽车磁流变半主动悬架减振器不仅结构紧凑、简单，而且能半主动改善减振器内部阻尼特性，减小磁流变液状态变化时的滞回性，控制方法便于实现、具有半主动控制能力且效率高。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种汽车磁流变半主动悬架减振器，所述汽车磁流变半主动悬架减振器包括活塞杆、底阀组件、活塞组件、减振器本体、控制模块，所述减振器本体为中空管状，所述减振器本体同轴地内套有内筒，所述减振器本体与所述内筒之间形成有储液腔，所述减振器本体一端与汽车车轮固定连接，另一端与汽车车架连接，所述底阀组件固定设置在所述减振器本体靠近汽车车轮的一端，所述活塞组件设置在所述减振器本体内，所述活塞组件可自由沿所述内筒轴线方向滑动，所述内筒内壁设置有导轨，所述活塞组件朝远离所述底阀组件的一端与所述活塞杆连接，所述储液腔与所述内筒内部充满磁流变液。

优选地，所述活塞组件与所述底阀组件之间形成有下腔，所述活塞组件远离所述底阀组件的端面与所述内筒内壁形成有上腔，所述活塞组件端面周向布设有至少4个流通孔。

优选地，所述活塞组件侧面周向绕设导线，靠近所述底阀组件一侧所述导线线圈之间的间距大于另一侧所述导线线圈之间的间距。

优选地，所述导线与控制模块电连接。

优选地，所述内筒轴线方向设置所述导轨，所述导轨至少有4条。

为达到上述目的，本发明的技术方案还提供了一种汽车磁流变半主动悬架减振器的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

步骤S1：所述控制模块获取汽车车身各轮垂直方向位移函数s(t)，分别计算各轮在时间点t₀，且在该路面上的垂直加速度

步骤S2：将第m个车轮垂直加速度a_m0，与在时间点t₀之前Δt内，即[t₀-Δt，t₀]内第m个轮子，第n个采样点的垂直加速度a_mn进行计算；

步骤S3：当LL平均值大于等于ε，所述控制模块输出电流i_a，当LL平均值小于ε，所述控制模块输出电流i_b。

优先地，所述控制模块输出电流i_a大于i_b。

应用本发明上述汽车磁流变半主动悬架减振器及控制方法，相对于现有技术，具有如下效果：

(1)通过将所述减振器本体内部设置为内空管状，且套设内筒，将储液腔、活塞工作腔体内充满磁流变液，磁流变液根据通电线圈，通电线圈不仅能改变活塞组件流通孔内的磁流变液阻尼特性值，且能改变储液腔相应位置的磁流变液阻尼特性值，从而进一步综合改善相应的阻尼特性；在活塞组件上绕设有导线形成线圈与周向布置的流通孔，其结构紧凑、简单，且方便控制。

(2)通过计算时间点t₀与t₀之前一段周期Δt内采样点的各车轮垂直方向加速度计算，能半主动预测车辆在该路面工况下出现波动的范围，即当计算值LL与固定设置参数进行比较计算，从而调整控制模块输出相应电流值，不仅控制简单，具有主动控制能力，而且能减小磁流变液状态变化时的滞回性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的汽车磁流变半主动悬架减振器的一种实施方式的部分剖面图；

图2为汽车磁流变半主动悬架减振器控制方法步骤图。

附图标记说明：

1活塞杆 2上腔

3储液腔 4下腔

5底阀组件 6活塞组件

7导线 8流通孔

9减振器本体 10导轨

11内筒

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

为了解决背景技术部分所指出的磁流变半主动悬架减振器结构复杂，控制难度大问题，如图1所示，在本发明中，汽车磁流变半主动悬架减振器包括活塞杆1、底阀组件5、活塞组件6、减振器本体9、控制模块，所述减振器本体9为中空管状，所述减振器本体9同轴地内套有内筒11，所述减振器本体9与所述内筒11之间形成有储液腔3，所述减振器本体9一端与汽车车轮固定连接，另一端与汽车车架连接，所述底阀组件5固定设置在所述减振器本体9靠近汽车车轮的一端，所述活塞组件6设置在所述减振器本体9内，所述活塞组件6可自由沿所述内筒11轴线方向滑动，所述内筒11内壁设置有导轨10，所述活塞组件6朝远离所述底阀组件5的一端与所述活塞杆1连接，所述储液腔3与所述内筒11内部充满磁流变液。

在本发明中，为了更好地阻尼特性控制和磁流变液在流通孔的导通性、阻尼特性改变以及减少滞回性，优选情况下，选用的磁流变液中固体悬浮粒子采用羰基铁粉，饱和磁化强度2～3特斯拉，直径为0.1μm～200μm，且屈服应力变化20kPa～35kPa，固体悬浮粒子优选采用球状或纺锤状形态，密度为5～12g/cm³。

为了减少所述内筒11对磁场的屏蔽，所述内筒11采用非金属材料，例如，聚碳酸酯(PC)或聚甲醛(POM)或聚苯醚(PPO)。

在本发明中，为了所述活塞组件6在内筒间形成不同压强的液腔，所述活塞组件6与所述底阀组件5之间形成有下腔4，所述活塞组件6远离所述底阀组件5的端面与所述内筒11内壁形成有上腔2；所述活塞组件6沿内筒内壁自由滑动更为顺畅，且在水平截面所在平面受力均匀性，所述活塞组件6端面周向布设有至少4个流通孔8。

在本发明中，为了在线圈中通入相同的电流大小，所述流通孔8靠近底阀组件一侧形成的阻尼系数小于所述流通孔8在远离底阀组件一侧形成不同强度的磁场，从而改变磁流变液的阻尼系数，所述活塞组件6侧面周向绕设导线7，靠近所述底阀组件5一侧所述导线7线圈之间的间距大于另一侧所述导线7线圈之间的间距，优选情况下，靠近所述底阀组件5一侧所述导线7线圈之间的间距为4mm～8mm，远离所述底阀组件5一侧所述导线7线圈之间的间距为2～4mm。

在本发明中，为了在半主动控制减振器内的磁流变液状态，所述导线7与控制模块电连接，优选地情况下，控制模块可集成在汽车悬架电控系统模块内部。

在本发明中，为了活塞组件能在内筒内沿着轴向方向更好地运动，所述内筒11轴线方向设置所述导轨10，为了活塞组件能在内筒壁运行更为平稳，所述导轨10至少有4条。

为了解决背景技术部分所指出的控制难度大、磁流变液体的滞回性，如图2所示，在本发明中，对汽车磁流变半主动悬架减振器的控制方法包括以下步骤：

步骤S1：所述控制模块获取汽车车身各轮垂直方向位移函数s(t)，分别计算各轮在时间点t₀，且在该路面上的垂直加速度

步骤S2：将各轮垂直加速度a₀，与在时间点t₀之前Δt内，即[t₀-Δt，t₀]内第m个轮子，第n个采样点的垂直加速度a_mn进行计算；

步骤S3：当LL平均值大于等于ε，所述控制模块输出电流i_a，当LL平均值小于ε，所述控制模块输出电流i_b。

为了提高主动控制精度，采样周期Δt取值为5s～120s。

为了更好地设置不同车重的车辆在不同车轮上的ε值，ε为0～10m²/s⁴。

在某一车轮上，为了更好地主动预测t₀之后下一个采样点t_i减振器阻尼参数设置为在对应电流i强度下磁流变液的阻尼系统k_i。

在本发明中，为了在不同工况下行驶设置不同的减振器阻尼系统，所述控制模块输出电流i_a大于i_b，当路面工况出现较好的情况下，即车轮垂直加速度变化值LL较小的情况下，采用电流为0～2.5A之间进行控制，当路面工况出现较差的情况下，即车轮垂直加速度变化值LL较大的情况下，采用电流为2.5～5A之间进行控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种汽车磁流变半主动悬架减振器，其特征在于，所述汽车磁流变半主动悬架减振器包括活塞杆(1)、底阀组件(5)、活塞组件(6)、减振器本体(9)、控制模块，所述减振器本体(9)为中空管状，所述减振器本体(9)同轴地内套有内筒(11)，所述减振器本体(9)与所述内筒(11)之间形成有储液腔(3)，所述减振器本体(9)一端与汽车车轮固定连接，另一端与汽车车架连接，所述底阀组件(5)固定设置在所述减振器本体(9)靠近汽车车轮的一端，所述活塞组件(6)设置在所述减振器本体(9)内，所述活塞组件(6)可自由沿所述内筒(11)轴线方向滑动，所述内筒(11)内壁设置有导轨(10)，所述活塞组件(6)朝远离所述底阀组件(5)的一端与所述活塞杆(1)连接，所述储液腔(3)与所述内筒(11)内部充满磁流变液。

2.根据权利要求1所述的汽车磁流变半主动悬架减振器，其特征在于，所述活塞组件(6)与所述底阀组件(5)之间形成有下腔(4)，所述活塞组件(6)远离所述底阀组件(5)的端面与所述内筒(11)内壁形成有上腔(2)，所述活塞组件(6)端面周向布设有至少4个流通孔(8)。

3.根据权利要求2所述的汽车磁流变半主动悬架减振器，其特征在于，所述活塞组件(6)侧面周向绕设导线(7)，靠近所述底阀组件(5)一侧所述导线(7)线圈之间的间距大于另一侧所述导线(7)线圈之间的间距。

4.根据权利要求3所述的汽车磁流变半主动悬架减振器，其特征在于，所述导线(7)与所述控制模块电连接。

5.根据权利要求1所述的汽车磁流变半主动悬架减振器，其特征在于，所述内筒(11)轴线方向设置所述导轨(10)，所述导轨(10)至少有4条。

6.一种对如权利要求1-5中任一项所述的汽车磁流变半主动悬架减振器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

步骤S1：所述控制模块获取汽车车身各轮垂直方向位移函数s(t)，分别计算各轮在时间点t₀，且在该路面上的垂直加速度

步骤S2：将各轮垂直加速度a₀，与在时间点t₀之前Δt内，即[t₀-Δt，t₀]内第m个轮子，第n个采样点的垂直加速度a_mn进行计算；

步骤S3：当LL平均值大于等于ε，所述控制模块输出电流i_a，当LL平均值小于ε，所述控制模块输出电流i_b。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述控制模块输出电流i_a大于i_b。