CN113071282B - 一种车辆调节方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆调节方法及装置，其中车辆调节方法包括：获取车辆的当前行驶状态下的性能参数；根据所述车辆的横摆角速度与理想横摆角速度，确定横摆角速度误差与误差变化率；根据横摆角速度误差、误差变化率以及模糊控制规则确定主动侧倾力矩；将所述主动侧倾力矩分配到各个悬架，从而确定各个悬架主动力；确定各个悬架的理想输入力；对所述各个悬架主动力和所述理想输入力加权求和，确定主动悬架系统对车身的输入；该车辆调节方法分别从平顺性角度和操纵稳定性角度分别计算主动悬架系统的主动输入力，并通过加权求和的方式兼顾二者，改善了汽车行驶的车身姿态的同时保证了车辆转向时的横摆稳定性。

Description

一种车辆调节方法及装置
技术领域
本发明涉及车辆控制领域，特别涉及一种车辆的调节方法及装置。
背景技术
主动悬架系统相比传统的悬架系统可以根据汽车的行驶条件的变化而对悬架的刚度和阻尼进行动态自适应调节，使悬架系统式中处于最佳减振状态，从而改善汽车行驶的平顺性和乘坐舒适性。
主动悬架系统除了含有传统悬架系统的弹性元件、减振器这些装置还包含一个可控制作用力装置，根据汽车的运动状态和路面状况来自适应地调节主动作用力。主动悬架系统目前已经得到了广泛的应用，显著地改善了车辆行驶过程中的平顺性和乘坐舒适性。然而，主动悬架因为主动作用力作用在车身的同时也会对轮胎动载荷有一定的影响，进而因为轮胎侧偏特性对轮胎侧向力产生影响，因此对整车的横摆运动产生干扰，特别是转向时会对车辆行驶的操纵稳定性产生不利影响。因此主动悬架系统对车辆的车身姿态、平顺性和操纵稳定性都具有重要影响。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够在主动悬架改善整车平顺性协调车身姿态的同时，兼顾转向时的横摆稳定性的车辆控制方法及装置。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种车辆调节方法，包括：
获取车辆的当前行驶状态下的性能参数；所述性能参数包括车辆的横摆角速度、车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移；
根据所述车辆的横摆角速度与理想横摆角速度，确定横摆角速度误差与误差变化率；
根据横摆角速度误差、误差变化率以及模糊控制规则确定主动侧倾力矩；
将所述主动侧倾力矩分配到各个悬架，从而确定各个悬架主动力；
根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力；
对所述各个悬架主动力和所述理想输入力加权求和，确定主动悬架系统对车身的输入；
根据所述主动悬架系统对车身的输入调节车辆姿态。
可选的，所述根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力，进一步包括：
根据公式(1)确定针对抑制质心垂向位移变化所需的第一控制输入U1
Figure GDA0004192844200000011
式中，kP1为质心垂向振动的比例系数，zb为簧载质量的质心垂向位移，kI1为质心垂向振动的积分系数，
Figure GDA0004192844200000021
为簧载质量的质心垂向速度，kD1为质心垂向振动的微分系数。/>
可选的，所述根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力，进一步包括：
根据公式(2)确定针对抑制车身俯仰所需要的第二控制输入U2
Figure GDA0004192844200000022
式中，kP2为车身俯仰角的比例系数，θ为车身俯仰角，kI2为车身俯仰角的积分系数，
Figure GDA0004192844200000028
为车身俯仰角速度，kD2为车身俯仰角的微分系数。
可选的，所述根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力，进一步包括：
根据公式(3)确定针对抑制车身侧倾所需要的第三控制输入U3
Figure GDA0004192844200000023
式中，kP3为车身侧倾角的比例系数，
Figure GDA0004192844200000024
为车身侧倾角，kI3为车身侧倾角的积分系数，/>
Figure GDA0004192844200000025
为车身侧倾角速度，kD3为车身侧倾角的微分系数。
可选的，所述根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力，进一步包括：
根据汽车结构尺寸关系以及公式(4)将所述第一控制输入U1、第二控制输入U2、第三控制输入U3解耦为每个主动悬架理想输入Fdbi；
Figure GDA0004192844200000026
上式中
Figure GDA0004192844200000027
B'＝BT(BBT)-1，Fdbfl为由车身垂向位移、俯仰角、侧倾角计算出的左前轮悬架主动输入力，Fdbfr为右前轮主动输入力，Fdbrl为左后轮主动输入力，Fdbrr为右后轮主动输入力，mb为整车非簧载质量，a为车辆质心到前轴的距离，b为车辆质心到后轴的距离，Bf为车辆前轴轮距，Br为车辆后轴轮距，Ip为车辆的俯仰转动惯量，Ir为车辆的侧倾转动惯量，(*)T为矩阵的转置，(*)-1为矩阵的逆矩阵。
可选的，所述将所述主动侧倾力矩分配到各个悬架，从而确定各个悬架主动力，具体根据公式(5)所确定
Figure GDA0004192844200000031
式中，
Figure GDA0004192844200000033
为主动侧倾力矩，Fdafl为由横摆角速度计算出的左前轮悬架主动输入力，Fdafr为右前轮主动输入力，Fdarl为左后轮主动输入力，Fdarr为右后轮主动输入力。/>
可选的，所述对所述各个悬架主动力和所述理想输入力加权求和，确定主动悬架系统对车身的输入，具体包括：
根据公式(6)确定主动悬架系统对车身的输入Fdi
Fdi＝qFdai+(1q)Fdbi(6)
式中，q为加权系数，
Figure GDA0004192844200000032
μ为路面附着系数，g为重力加速度，|ω|为横摆角速度的绝对值，vx为车辆纵向行驶速度。
可选的，所述根据所述主动悬架系统对车身的输入调节车辆姿态，进一步包括：
车辆ECU将所述主动悬架系统对车身的输入Fdi发送到各个主动悬架系统；
所述主动悬架系统根据所述输入Fdi做出对应的调节动作。
另一方面，本发明还提供一种车辆调节装置，包括：
获取单元，用于获取车辆的当前行驶状态下的性能参数；所述性能参数包括车辆的横摆角速度、车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移；
第一确定单元，用于根据所述车辆的横摆角速度与理想横摆角速度，确定横摆角速度误差与误差变化率；
第二确定单元，用于根据横摆角速度误差、误差变化率以及模糊控制规则确定主动侧倾力矩；
第三确定单元，用于将所述主动侧倾力矩分配到各个悬架，从而确定各个悬架主动力；
第四确定单元，用于根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力；
第五确定单元，用于对所述各个悬架主动力和所述理想输入力加权求和，确定主动悬架系统对车身的输入；
调节单元，用于根据所述主动悬架系统对车身的输入调节车辆姿态。
本发明相对于现有技术的有益效果：该车辆调节方法通过获取车辆从性能参数，分别从平顺性角度和操纵稳定性角度分别计算主动悬架系统的主动输入力，并通过加权求和的方式兼顾二者，改善了汽车行驶的车身姿态的同时保证了车辆转向时的横摆稳定性。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的车辆调节方法的流程图；
图2是本发明一实施例提供的车辆调节装置的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，本实施例提供一种车辆调节方法，包括以下步骤：
S10：获取车辆的当前行驶状态下的性能参数；所述性能参数包括车辆的横摆角速度、车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移；
具体的，在本实施例中，通过在车身上安装横摆角速度传感器、质心位移传感器、俯仰角传感器、侧倾角传感器，利用上述传感器分别测量所述性能参数。另外在本实施例中，车辆上装配四个独立的主动悬架系统，这些传感器和主动悬架通过CAN总线与ECU相连。
S20：根据所述车辆的横摆角速度与理想横摆角速度，确定横摆角速度误差与误差变化率；
在此需要说明的是，理想横摆角速度由理想车辆二自由度模型计算得出，具体的计算过程以及原理属于现有技术，故在本实施例中就不再赘述。
具体的，横摆角速度传感器将车身横摆角速度信息传递到ECU，ECU计算出实际横摆角速度与理想横摆角速度的误差eω及误差变化率
Figure GDA0004192844200000042
S30：根据横摆角速度误差、误差变化率以及模糊控制规则确定主动侧倾力矩；
具体的，通过模糊规则计算出改善车身横摆稳定性的主动侧倾力矩
Figure GDA0004192844200000043
在本实施例中，论域中模糊子集均为{NB(负大)，NM(负中)，NS(负小)，ZO(中间)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}，输入输出变量子集的隶属度函数采用三角形隶属度函数。模糊控制规则如下：
模糊规则如下：
Figure GDA0004192844200000041
S40：将所述主动侧倾力矩分配到各个悬架，从而确定各个悬架主动力；
具体的，将步骤S30中的主动侧倾力矩分配到各个主动悬架力上，得到Fdai:
Figure GDA0004192844200000051
式中，
Figure GDA0004192844200000059
为主动侧倾力矩，Fdafl为由横摆角速度计算出的左前轮悬架主动输入力，Fdafr为右前轮主动输入力，Fdarl为左后轮主动输入力，Fdarr为右后轮主动输入力。
S50：根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力；
具体的，首选，通过位移传感器测量车身质心与水平路面间的距离，并将信息传递到车载ECU，ECU计算出质心垂向位移的变化zb，并根据公式(1)计算针对抑制质心垂向位移变化所需的控制输入U1；
Figure GDA0004192844200000052
式中，kP1为质心垂向振动的比例系数，zb为簧载质量的质心垂向位移，kI1为质心垂向振动的积分系数，
Figure GDA0004192844200000053
为簧载质量的质心垂向速度，kD1为质心垂向振动的微分系数。
接着，车身俯仰角传感器将感知到的车身俯仰角信息θ传递到ECU，ECU根据公式(2)计算出针对抑制车身俯仰所需要的控制输入U2；
Figure GDA0004192844200000054
式中，kP2为车身俯仰角的比例系数，θ为车身俯仰角，kI2为车身俯仰角的积分系数，
Figure GDA00041928442000000510
为车身俯仰角速度，kD2为车身俯仰角的微分系数。
接着，车身侧倾角传感器将感知到的车身侧倾角信息
Figure GDA0004192844200000055
传递到ECU，ECU根据公式(3)计算出针对抑制车身侧倾所需要的控制输入U3；
Figure GDA0004192844200000056
式中，kP3为车身侧倾角的比例系数，
Figure GDA0004192844200000057
为车身侧倾角，kI3为车身侧倾角的积分系数，/>
Figure GDA0004192844200000058
为车身侧倾角速度，kD3为车身侧倾角的微分系数。
最后，ECU根据公式(4)以及汽车结构尺寸关系可将U1、U2、U3解耦为每个主动悬架理想输入Fdbi；
Figure GDA0004192844200000061
上式中
Figure GDA0004192844200000062
B'＝BT(BBT)-1，Fdbfl为由车身垂向位移、俯仰角、侧倾角计算出的左前轮悬架主动输入力，Fdbfr为右前轮主动输入力，Fdbrl为左后轮主动输入力，Fdbrr为右后轮主动输入力，mb为整车非簧载质量，a为车辆质心到前轴的距离，b为车辆质心到后轴的距离，Bf为车辆前轴轮距，Br为车辆后轴轮距，Ip为车辆的俯仰转动惯量，Ir为车辆的侧倾转动惯量，(*)T为矩阵的转置，(*)-1为矩阵的逆矩阵。
S60：对所述各个悬架主动力和所述理想输入力加权求和，确定主动悬架系统对车身的输入；
具体的，ECU根据公式(6)以及实际横摆角速度和车速，对之前所求的两种主动悬架理想控制输入Fdai和Fdbi进行加权求和，得到最终确定的主动悬架系统的输出，也就是主动悬架系统对车身的输入Fdi，
Fdi＝qFdai+(1-q)Fdbi (6)
式中，q为加权系数，
Figure GDA0004192844200000063
μ为路面附着系数，g为重力加速度，|ω|为横摆角速度的绝对值，vx为车辆纵向行驶速度。
S70：根据所述主动悬架系统对车身的输入调节车辆姿态。
具体的，车辆ECU将所述主动悬架系统对车身的输入Fdi发送到各个主动悬架系统；然后所述主动悬架系统根据所述输入Fdi做出对应的调节动作。
该车辆调节方法通过获取车辆从性能参数，分别从平顺性角度和操纵稳定性角度分别计算主动悬架系统的主动输入力，并通过加权求和的方式兼顾二者，改善了汽车行驶的车身姿态的同时保证了车辆转向时的横摆稳定性。
参照图2，本实施例还提供一种车辆调节装置，包括：获取单元100，用于获取车辆的当前行驶状态下的性能参数；所述性能参数包括车辆的横摆角速度、车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移；在此需要说明的是，由于具体的获取方法以及过程在上述车辆调节方法的步骤S10中已经详细阐述，故在此不再赘述。
第一确定单元200，用于根据所述车辆的横摆角速度与理想横摆角速度，确定横摆角速度误差与误差变化率；在此需要说明的是，由于具体的确定方法以及过程在上述车辆调节方法的步骤S20中已经详细阐述，故在此不再赘述。
第二确定单元300，用于根据横摆角速度误差、误差变化率以及模糊控制规则确定主动侧倾力矩；在此需要说明的是，由于具体的确定方法以及过程在上述车辆调节方法的步骤S30中已经详细阐述，故在此不再赘述。
第三确定单元400，用于将所述主动侧倾力矩分配到各个悬架，从而确定各个悬架主动力；由于具体的确定方法以及过程在上述车辆调节方法的步骤S30中已经详细阐述，故在此不再赘述。
第四确定单元500，用于根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力；在此需要说明的是，由于具体的确定方法以及过程在上述车辆调节方法的步骤S50中已经详细阐述，故在此不再赘述。
第五确定单元600，用于对所述各个悬架主动力和所述理想输入力加权求和，确定主动悬架系统对车身的输入；在此需要说明的是，由于具体的确定方法以及过程在上述车辆调节方法的步骤S560中已经详细阐述，故在此不再赘述。
调节单元700，用于根据所述主动悬架系统对车身的输入调节车辆姿态。在此需要说明的是，由于具体的调节方法以及过程在上述车辆调节方法的步骤S70中已经详细阐述，故在此不再赘述。
另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，该计算机可读存储介质可存储有程序，该程序执行时包括上述方法实施例中记载的任何车辆调节方法的部分或全部步骤。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁盘或光盘等。
以上参照附图描述了根据本发明的实施例的用于实现服务链的方法的示例性流程图。应指出的是，以上描述中包括的大量细节仅是对本发明的示例性说明，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该方法可具有更多、更少或不同的步骤，且各步骤之间的顺序、包含、功能等关系可以与所描述和图示的不同。

Claims (9)

1.一种车辆调节方法，其特征在于，包括：
获取车辆的当前行驶状态下的性能参数；所述性能参数包括车辆的横摆角速度、车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移；
根据所述车辆的横摆角速度与理想横摆角速度，确定横摆角速度误差与误差变化率；
根据横摆角速度误差、误差变化率以及模糊控制规则确定主动侧倾力矩；
将所述主动侧倾力矩分配到各个悬架，从而确定各个悬架主动力；
根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力；
对所述各个悬架主动力和所述理想输入力加权求和，确定主动悬架系统对车身的输入；
对所述各个悬架主动力和所述理想输入力加权求和，确定主动悬架系统对车身的输入，具体包括：
根据公式(6)确定主动悬架系统对车身的输入Fdi
Fdi＝qFdai+(1-q)Fdbi (6)
式中，q为加权系数，
Figure QLYQS_1
μ为路面附着系数，g为重力加速度，|ω|为横摆角速度的绝对值，vx为车辆纵向行驶速度，Fdai为各个悬架主动力，Fdbi为各个主动悬架理想输入；
根据所述主动悬架系统对车身的输入调节车辆姿态。
2.根据权利要求1所述的车辆调节方法，其特征在于，所述根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力，进一步包括：
根据公式(1)确定针对抑制质心垂向位移变化所需的第一控制输入U1
Figure QLYQS_2
式中，kp1为质心垂向振动的比例系数，zb为簧载质量的质心垂向位移，kI1为质心垂向振动的积分系数，
Figure QLYQS_3
为簧载质量的质心垂向速度，kD1为质心垂向振动的微分系数。
3.根据权利要求2所述的车辆调节方法，其特征在于，所述根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力，进一步包括：
根据公式(2)确定针对抑制车身俯仰所需要的第二控制输入U2
Figure QLYQS_4
式中，kp2为车身俯仰角的比例系数，θ为车身俯仰角，kI2为车身俯仰角的积分系数，
Figure QLYQS_5
为车身俯仰角速度，kD2为车身俯仰角的微分系数。
4.根据权利要求3所述的车辆调节方法，其特征在于，所述根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力，进一步包括：
根据公式(3)确定针对抑制车身侧倾所需要的第三控制输入U3
Figure QLYQS_6
式中，kp3为车身侧倾角的比例系数，
Figure QLYQS_7
为车身侧倾角，kI3为车身侧倾角的积分系数，/>
Figure QLYQS_8
为车身侧倾角速度，kD3为车身侧倾角的微分系数。
5.根据权利要求4所述的车辆调节方法，其特征在于，所述根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力，进一步包括：
根据汽车结构尺寸关系以及公式(4)将所述第一控制输入U1、第二控制输入U2、第三控制输入U3解耦为每个主动悬架理想输入Fdbi；
Figure QLYQS_9
上式中
Figure QLYQS_10
B′＝BT(BBT)-1，Fdbfl为由车身垂向位移、俯仰角、侧倾角计算出的左前轮悬架主动输入力，Fdbfr为右前轮主动输入力，Fdbrl为左后轮主动输入力，Fdbrr为右后轮主动输入力，mb为整车非簧载质量，a为车辆质心到前轴的距离，b为车辆质心到后轴的距离，Bf为车辆前轴轮距，Br为车辆后轴轮距，Ip为车辆的俯仰转动惯量，Ir为车辆的侧倾转动惯量，(*)T为矩阵的转置，(*)-1为矩阵的逆矩阵。
6.根据权利要求5所述的车辆调节方法，其特征在于，所述将所述主动侧倾力矩分配到各个悬架，从而确定各个悬架主动力，具体根据公式(5)所确定
Figure QLYQS_11
式中，
Figure QLYQS_12
为主动侧倾力矩，Fdafl为由横摆角速度计算出的左前轮悬架主动输入力，Fdafr为右前轮主动输入力，Fdarl为左后轮主动输入力，Fdarr为右后轮主动输入力。
7.根据权利要求1所述的车辆调节方法，其特征在于，所述根据所述主动悬架系统对车身的输入调节车辆姿态，进一步包括：
车辆ECU将所述主动悬架系统对车身的输入Fdi发送到各个主动悬架系统；
所述主动悬架系统根据所述输入Fdi做出对应的调节动作。
8.一种车辆调节装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取车辆的当前行驶状态下的性能参数；所述性能参数包括车辆的横摆角速度、车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移；
第一确定单元，用于根据所述车辆的横摆角速度与理想横摆角速度，确定横摆角速度误差与误差变化率；
第二确定单元，用于根据横摆角速度误差、误差变化率以及模糊控制规则确定主动侧倾力矩；
第三确定单元，用于将所述主动侧倾力矩分配到各个悬架，从而确定各个悬架主动力；
第四确定单元，用于根据所述车身俯仰角、车身侧倾角、车身质心垂向位移，确定各个悬架的理想输入力；
第五确定单元，用于对所述各个悬架主动力和所述理想输入力加权求和，确定主动悬架系统对车身的输入；对所述各个悬架主动力和所述理想输入力加权求和，确定主动悬架系统对车身的输入，具体包括：
根据公式(6)确定主动悬架系统对车身的输入Fdi
Fdi＝qFdai+(1-q)Fdbi (6)
式中，q为加权系数，
Figure QLYQS_13
μ为路面附着系数，g为重力加速度，|ω|为横摆角速度的绝对值，vx为车辆纵向行驶速度，Fdai为各个悬架主动力，Fdbi为各个主动悬架理想输入；
根据所述主动悬架系统对车身的输入调节车辆姿态；
调节单元，用于根据所述主动悬架系统对车身的输入调节车辆姿态。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的一种车辆调节方法的步骤。
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