CN112319169A - 一种基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法，属于汽车底盘控制技术领域。本发明的车身姿态控制方法，通过悬架控制器判断理想阻尼力是否处于减振器所能提供的有效阻尼范围内，对于超出减振器有效阻尼范围内的理想阻尼力进行修正，利用逻辑门限值控制方法来判定加速度所处状态，在此基础上进行俯仰力权重系数、侧倾力权重系数的分配计算，使理想阻尼力始终处于减振器阻尼力所能提供的有效范围内。本发明解决车辆行驶过程中的车身姿态恶化问题，提高乘坐的舒适性和安全性。

Description

一种基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法

技术领域

本发明涉及汽车底盘控制领域，具体涉及一种基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法。

背景技术

悬架连接车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)，传递其间作用力和力矩，衰减路面不平冲击造成的簧载和非簧载质量振动以及车身姿态变化，改善路面不平和驾驶员操作等激励条件下的车辆运动特性。近年来国内外学者对于主动、半主动悬架控制做了大量的研究工作，采用各种不同的控制算法，如天棚控制、模糊控制、自适应控制、最优控制和神经网络控制等，但是这些控制算法都无法解决理论上存在的不同自由度运动对于车身姿态的影响。车辆在行驶过程中除了垂向运动，还因转向、制动或者凹凸不平的路面等产生俯仰和侧倾运动，由此导致车身姿态恶化，造成车身扭转，影响乘坐的舒适性和安全性。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法，解决车辆行驶过程中的车身姿态恶化问题，提高乘坐的舒适性和安全性。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法，包括如下步骤：

步骤(1)，半主动控制器根据车身垂向加速度、纵向加速度、侧向加速度和车轮垂向加速度，获取车身垂向速度和车轮垂向速度；

步骤(2)，根据车身垂向速度和车轮垂向速度，半主动控制器通过天棚控制算法计算半主动控制力初值F；

步骤(3)，车身姿态控制器根据车辆纵向加速度a_x，获取俯仰补偿力ΔF_P；车身姿态控制器根据车辆侧向加速度a_y，获取侧倾补偿力ΔF_R；

步骤(4)，将各悬架的半主动控制力初值F与对应的俯仰补偿力、侧倾补偿力相加减，得到各悬架的理想阻尼力；

步骤(5)，悬架控制器判断理想阻尼力是否处于减振器所能提供的有效阻尼范围内，对于超出减振器有效阻尼范围内的理想阻尼力进行修正，得到修正阻尼力；

步骤(6)，悬架控制器根据修正阻尼力，利用多项式逆模型计算出所需电流，并输送至磁流变减振器，磁流变减振器将实际阻尼力F′输至悬架系统。

进一步的技术方案，所述修正阻尼力为：

其中F′_FL为左前悬架修正阻尼力，F′_FR为右前悬架修正阻尼力，F′_RL为左后悬架修正阻尼力，F′_RR为右后悬架修正阻尼力，F_dzfl为左前半主动控制力初值，F_dzfr为右前半主动控制力初值，F_dzrl为左后半主动控制力初值，F_dzrr为右后半主动控制力初值，α_x为俯仰力权重系数，α_y为侧倾力权重系数。

更进一步的技术方案，所述俯仰力权重系数α_x和侧倾力权重系数α_y通过逻辑门限值控制方法计算得到：

(1)当悬架控制器判断理想阻尼力初值F＞C_max·v_d时，由车身加速度所处状态计算所述权重系数：

①仅具有较大车身纵向加速度时，令α_x＝1、

②仅具有较大车身侧向加速度时，令α_y＝1、

③同时具有较大纵向加速度和较大侧向加速度时，令

其中C_max为悬架减振器最大等效阻尼系数，v_d为减振器速度，a_xth、a_yth为设定值，F_max为悬架减振器所能提供的最大阻尼力；

(2)当悬架控制器判断理想阻尼力初值F＜C_min·v_d时，由车身加速度所处状态计算所述权重系数：

①仅具有较大车身纵向加速度时，令α_x＝1、

②仅具有较大车身侧向加速度时，令α_y＝1、

③同时具有较大纵向加速度和较大侧向加速度时，令

其中C_min为悬架减振器最小等效阻尼系数，F_min为悬架减振器所能提供的最小阻尼力。

更进一步的技术方案，所述俯仰补偿力

其中：h′为质心距俯仰中心高度，m为簧载质量，L为轴距；所述侧倾补偿力

其中：h为质心距侧倾中心高度，B为轮距。

更进一步的技术方案，所述

所述

所述

所述

其中C_sky为天棚控制阻尼系数，C_min为悬架减振器最小等效阻尼系数，x_s1为左前悬架簧上位移,x_s2为右前悬架簧上位移,x_s3为左后悬架簧上位移,x_s4为右后悬架簧上位移，x_t1为左前轮胎位移，x_t2为右前轮胎位移，x_t3为左后轮胎位移，x_t4为右后轮胎位移。

更进一步的技术方案，所述各悬架的理想阻尼力为：

其中F_FL为左前悬架的理想阻尼力，F_FR为右前悬架的理想阻尼力，F_RL为左后悬架的理想阻尼力，F_RR为右后悬架的理想阻尼力。

更进一步的技术方案，所述F_max＝C_max·v_d，所述F_min＝C_min·v_d。

本发明的有益效果为：

(1)本发明中悬架控制器对于超出减振器有效阻尼范围内的理想阻尼力进行修正，利用逻辑门限值控制方法来判定加速度所处状态，在此基础上进行俯仰力权重系数、侧倾力权重系数的分配计算，使理想阻尼力始终处于减振器阻尼力所能提供的有效范围内，保障悬架系统工作的可靠性，提高乘坐的安全性；且在修正阻尼力的计算过程中，令半主动控制力初值的权重系数始终为1，在保证车身平顺性的基础上进行车身姿态控制。

(2)本发明的顶层车身姿态控制方法以天棚控制为基础，在提高车身平顺性的基础上，保证乘坐舒适性。

附图说明

图1为本发明所述基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法的整车简化结构示意图；

图2为本发明所述基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法的整车控制流程图。

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。

本发明一种基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法适用于配有磁流变半主动悬架的整车中，整车简化模型如图1所示，将整车简化为7自由度模型，包括质心垂向运动、俯仰运动、侧倾运动以及四个车轮的垂向运动；其中四个悬架的结构均由螺旋弹簧和减振器组成，悬架连接簧上质量和簧下质量。整车微分方程如下式所示：

各悬架力F_LF(左前悬架力)、F_RF(右前悬架力)、F_LR(左后悬架力)、F_RR(右后悬架力)的计算公式如下：

由于俯仰角和侧倾角较小，可得到以下关系：

式中：M_S为车身总重，x_c为质心垂直位移，

为俯仰转动惯量，I_θ为侧倾转动惯量，l_xf为前轴至车身质心距离，l_xr为后轴至车身质心距离，l_ylf为

前轮轮距，l_ylr为

后轮轮距，

为车辆俯仰角，θ为车辆侧倾角，x_t1为左前轮胎位移，x_t2为右前轮胎位移，x_t3为左后轮胎位移，x_t4为右后轮胎位移，x_r1为左前轮所受的路面激励，x_r2为右前轮所受的路面激励，x_r3为左后轮所受的路面激励，x_r4为右后轮所受的路面激励，m_t1为前悬架簧下质量，m_t2为后悬架簧下质量，k_t为轮胎刚度，k_s1为前悬架弹簧刚度，k_s2为后悬架弹簧刚度，x_s1为左前悬架簧上位移,x_s2为右前悬架簧上位移,x_s3为左后悬架簧上位移,x_s4为右后悬架簧上位移,C_s1为前悬架减振器阻尼,C_s2为后悬架减振器阻尼。

一种基于俯仰侧倾力补偿算法的顶层车身姿态控制方法，具体包括如下步骤：

步骤(1)，车身垂向加速度传感器采集车身垂向加速度信号，车身纵向加速度传感器采集车身纵向加速度信号，车身侧向加速度传感器采集车身侧向加速度，左前、右前、左后、右后四个车轮垂向加速度传感器分别采集四个车轮垂向加速度信号，上述加速度传感器采集的信号传输给左前、右前、左后、右后四个半主动控制器，通过信号处理得到车身垂向速度和车轮垂向速度。

步骤(2)，半主动控制器利用车身垂向速度和车轮垂向速度，通过天棚控制算法计算半主动控制力初值F(王子涵.D级轿车磁流变半主动悬架分层协调控制研究[D].吉林：吉林大学，2016.)，左前半主动控制力初值记为F_dzfl、右前半主动控制力初值记为F_dzfr、左后半主动控制力初值记为F_dzrl、右后半主动控制力初值记为F_dzrr，且：

其中：C_sky为天棚控制阻尼系数，C_min为悬架减振器最小等效阻尼系数。

步骤(3)，车身纵向加速度传感器检测到车辆纵向加速度a_x(指向车辆前进方向为正方向)，传输给车身姿态控制器，获取俯仰补偿力ΔF_P，协调前后轴阻尼力；且俯仰补偿力

其中：h′为质心距俯仰中心高度，m为簧载质量，L为轴距；

车身侧向加速度传感器检测到车辆侧向加速度a_y(指向驾驶员左侧为正)，传输给车身姿态控制器，获取侧倾补偿力ΔF_R，协调左右侧减振阻尼力；且侧倾补偿力

其中：h为质心距侧倾中心高度，B为轮距。

步骤(4)，根据加速度的矢量性，对前后左右四根减振器进行阻尼力分配：将各悬架的半主动控制力初值F与对应的俯仰补偿力、侧倾补偿力相加减，得到各悬架的理想阻尼力：

步骤(5)，将各悬架的理想阻尼力输入悬架控制器，悬架控制器判断理想阻尼力是否处于减振器所能提供的有效阻尼范围内，对于超出减振器有效阻尼范围内的理想阻尼力进行修正，得到修正阻尼力；

利用逻辑门限值控制方法计算车身所需补偿的俯仰力权重系数α_x、侧倾力权重系数α_y：

(1)当悬架控制器判断理想阻尼力初值F＞C_max·v_d(C_max为悬架减振器最大等效阻尼系数，v_d为减振器速度)时，利用逻辑门限值控制方法判断车身加速度所处状态，从而计算权重系数：

①仅具有较大车身纵向加速度(即|a_x|≥a_xth且|a_y|＜a_yth，a_xth、a_yth为设定值)时，侧倾补偿力较小，令α_x＝1、

其中F_max为悬架减振器所能提供的最大阻尼力，且F_max＝C_max·v_d；

②仅具有较大车身侧向加速度(即|a_x|＜a_xth且|a_y|≥a_yth)时，俯仰补偿力较小，令α_y＝1、

③同时具有较大纵向加速度和较大侧向加速度(即|a_x|≥a_xth且|a_y|≥a_yth)时，令

(2)当悬架控制器判断理想阻尼力初值F＜C_min·v_d时，利用逻辑门限值控制方法判断车身加速度所处状态，从而计算权重系数：

①仅具有较大车身纵向加速度(即|a_x|≥a_xth且|a_y|＜a_yth)时，侧倾补偿力较小，令α_x＝1、

其中F_min为悬架减振器所能提供的最小阻尼力，且F_min＝C_min·v_d；

②仅具有较大车身侧向加速度(即|a_x|＜a_xth且|a_y|≥a_yth)时，俯仰补偿力较小，令α_y＝1、

③同时具有较大纵向加速度和侧向加速度(即|a_x|≥a_xth且|a_y|≥a_yth)时，令

则各悬架修正阻尼力为：

步骤(6)，悬架控制器根据修正阻尼力，利用多项式逆模型计算出所需电流，然后输出控制电流信号至磁流变减振器，磁流变减振器输出实际阻尼力F′至悬架系统。

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 (9)

1.一种基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，半主动控制器根据车身垂向加速度、纵向加速度、侧向加速度和车轮垂向加速度，获取车身垂向速度和车轮垂向速度；

步骤(2)，根据车身垂向速度和车轮垂向速度，半主动控制器通过天棚控制算法计算半主动控制力初值F；

步骤(3)，车身姿态控制器根据车辆纵向加速度a_x，获取俯仰补偿力ΔF_P；车身姿态控制器根据车辆侧向加速度a_y，获取侧倾补偿力ΔF_R；

步骤(4)，将各悬架的半主动控制力初值F与对应的俯仰补偿力、侧倾补偿力相加减，得到各悬架的理想阻尼力；

步骤(5)，悬架控制器判断理想阻尼力是否处于减振器所能提供的有效阻尼范围内，对于超出减振器有效阻尼范围内的理想阻尼力进行修正，得到修正阻尼力；

步骤(6)，悬架控制器根据修正阻尼力，利用多项式逆模型计算出所需电流，并输送至磁流变减振器，磁流变减振器将实际阻尼力F′输至悬架系统。

2.根据权利要求1所述的基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法，其特征在于，所述修正阻尼力为：

其中F′_FL为左前悬架修正阻尼力，F′_FR为右前悬架修正阻尼力，F′_RL为左后悬架修正阻尼力，F′_RR为右后悬架修正阻尼力，F_dzfl为左前半主动控制力初值，F_dzfr为右前半主动控制力初值，F_dzrl为左后半主动控制力初值，F_dzrr为右后半主动控制力初值，α_x为俯仰力权重系数，α_y为侧倾力权重系数。

3.根据权利要求2所述的基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法，其特征在于，所述俯仰力权重系数α_x和侧倾力权重系数α_y通过逻辑门限值控制方法计算得到：

(1)当悬架控制器判断理想阻尼力初值F＞C_max·v_d时，由车身加速度所处状态计算所述权重系数：

①仅具有较大车身纵向加速度时，令α_x＝1、

②仅具有较大车身侧向加速度时，令α_y＝1、

③同时具有较大纵向加速度和较大侧向加速度时，令

其中C_max为悬架减振器最大等效阻尼系数，v_d为减振器速度，a_xth、a_yth为设定值，F_max为悬架减振器所能提供的最大阻尼力；

(2)当悬架控制器判断理想阻尼力初值F＜C_min·v_d时，由车身加速度所处状态计算所述权重系数：

①仅具有较大车身纵向加速度时，令α_x＝1、

②仅具有较大车身侧向加速度时，令α_y＝1、

③同时具有较大纵向加速度和较大侧向加速度时，令

其中C_min为悬架减振器最小等效阻尼系数，F_min为悬架减振器所能提供的最小阻尼力。

4.根据权利要求2所述的基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法，其特征在于，所述俯仰补偿力

其中：h′为质心距俯仰中心高度，m为簧载质量，L为轴距。

5.根据权利要求2所述的基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法，其特征在于，所述侧倾补偿力

其中：h为质心距侧倾中心高度，B为轮距。

6.根据权利要求2所述的基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法，其特征在于，所述

所述

所述

所述

其中C_sky为天棚控制阻尼系数，C_min为悬架减振器最小等效阻尼系数，x_s1为左前悬架簧上位移,x_s2为右前悬架簧上位移,x_s3为左后悬架簧上位移,x_s4为右后悬架簧上位移，x_t1为左前轮胎位移，x_t2为右前轮胎位移，x_t3为左后轮胎位移，x_t4为右后轮胎位移。

7.根据权利要求2所述的基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法，其特征在于，所述各悬架的理想阻尼力为：

其中F_FL为左前悬架的理想阻尼力，F_FR为右前悬架的理想阻尼力，F_RL为左后悬架的理想阻尼力，F_RR为右后悬架的理想阻尼力。

8.根据权利要求3所述的基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法，其特征在于，所述F_max＝C_max·v_d。

9.根据权利要求3所述的基于俯仰侧倾力补偿的顶层车身姿态控制方法，其特征在于，所述F_min＝C_min·v_d。

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