CN113335381A - 一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制装置及方法 - Google Patents

一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制装置及方法。该动态控制装置，包括采集模块、控制器、前束调节执行装置、外倾调节执行装置，通过采集模块收集车辆的各种实时运动参数，判断出车辆当前的运动工况，再计算出车辆实时前束控制臂调节量和外倾控制臂调节量，以此调节前束控制臂和外倾控制臂，达到最佳理想的前束外倾角，从而使车轮在面对不同路况的各种运动工况下，都具有合适的前束角和外倾角，提高车轮的安全性，有效降低轮胎磨损，提高轮胎使用寿命。该动态控制方法，使车轮在各种运动工况下，都具有合适的外倾角，并实时匹配与外倾角对应的车轮前束角。

Description

一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制装置及方法
技术领域
本发明涉及汽车车轮控制领域，具体涉及一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制装置及方法。
背景技术
车辆悬架的前束和外倾曲线取决于初始角度的定义及悬架的硬点布置，悬架的结构形式决定了悬架前束和外倾角变化和匹配关系，从而也决定了车辆操控及驾乘舒适性的水平。现有结构的悬架在上下跳动过程中，前束和外倾角的变化曲线是固定的即出厂时的初始基准变化曲线，前束和外倾的匹配关系也是唯一的，导致在路况不同、载荷不同时，同一悬架体现的操控及驾乘舒适性也有差异，且轮胎的磨损程度也会不同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制装置及方法，在车辆实际行驶中，根据实时的悬架跳动和运动工况动态调整和匹配车轮的前束和外倾角，提升车辆的操控及驾乘舒适性，提高轮胎使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明一种多连杆悬架的轮胎前束外倾全动态控制装置，包括采集模块、控制器、前束调节执行装置、外倾调节执行装置，
所述采集模块用于获取车辆实时运动的参数信息，其中，所述参数信息包括悬架高度信息、X、Y、Z向加速度信息、Y向横摆角速度信息以及行驶速度信息；
所述控制器用于根据所述参数信息判断车辆的实时运动工况，再计算出对应当前实时运动工况下，车辆前束角和外倾角达到最佳理想状态时，悬架两侧车轮的前束控制臂的内点需要调节的位移量和外倾控制臂的内点需要调节的位移量，并输出控制指令。
所述前束调节执行装置用于接收所述控制指令并执行，使前束控制臂的内点移动相应的位移量；
所述外倾调节执行装置用于接收所述控制指令并执行，使外倾控制臂的内点移动相应的位移量。
在上述多连杆悬架的轮胎前束外倾全动态控制装置中，通过采集模块收集车辆的各种实时运动参数信息，判断出车辆当前的运动工况，再计算出当前车辆前束角和外倾角达到最佳理想状态时，车辆实时前束控制臂和外倾控制臂的内点需要调节的位移量，以此调节前束控制臂和外倾控制臂，从而使车轮在面对不同路况的各种运动工况下，都具有合适的外倾角，提高车轮的安全性，提高车辆的操控稳定性，并且实时匹配与外倾角对应的车轮前束角，补偿轮胎因外倾角及路面阻力所导致向内或向外滚动的趋势，有效降低轮胎磨损，提高轮胎使用寿命。
作为本发明多连杆悬架的轮胎前束外倾全动态控制装置的改进，所述控制器包括判断模块、数据库、分析处理单元和电子控制单元，所述判断模块用于根据所述参数信息判断车辆的实时运动工况；所述数据库用于存储车辆在各种运动工况下，车辆具有最佳理想前束角时，各个车轮的悬架跳动行程与前束控制臂内点位移量之间对应关系，及车辆具有最佳理想外倾角时，各个车轮悬架跳动行程与外倾控制臂内点位移量之间对应关系；所述分析处理单元用于根据车辆实时运动工况和所述悬架高度信息，在所述数据库中查询当前车辆达到最佳理想前束角和外倾角，所需要的前束控制臂内点位移量和外倾控制臂内点位移量；所述电子控制单元用于将当前车辆各个车轮的前束控制臂内点位移量和外倾控制臂内点位移量分别转化为控制指令并发出。控制器通过在数据库中预先标定出的各个运动工况下，最佳理想的前束角和外倾角分别与车架悬架行程的关系曲线，再结合实时参数信息，计算出当前所需要的前束控制臂内点位移量和外倾控制臂内点位移量，为动态调节快速准确的提供数据准备。
作为本发明多连杆悬架的轮胎前束外倾全动态控制装置的另一种改进，所述前束调节执行装置包括驱动机构，所述驱动机构的输出端与前束控制臂的内点连接。通过驱动机构驱动前束控制臂或外倾控制臂的内点移动，进而带动前束控制臂或外倾控制臂的内点移动相应的位移量，实现调整前束角和外倾角的动态调节。
对于上述驱动机构，优选所述驱动机构包括伺服液压缸，所述伺服液压缸的推杆端部设置有U型连接支架，所述U型连接支架与前束控制臂铰接。采用伺服液压系统，应速度快、负载刚度大。
为了解决上述技术问题，本发明一种多连杆悬架的轮胎前束外倾全动态控制方法，包括如下步骤：
获取车辆实时运动的参数信息，其中所述运动参数包括悬架高度信息、X、Y、Z向加速度信息、Y向横摆角速度信息以及行驶速度信息；
根据参数信息判断车辆的实时运动工况；
在当前实时运动工况下，计算出车辆前束角和外倾角达到最佳理想状态时，悬架两侧车轮的前束控制臂的内点需要调节的位移量和外倾控制臂的内点需要调节的位移量；
调节前束控制臂和外倾控制臂的内点分别移动相应的位移量。
在上述多连杆悬架的轮胎前束外倾全动态控制方法中，通过车辆实时运动工况下的各种运动参数，先判断车辆的实时运动工况，再计算出在当前实时运动工况下，前束角和外倾角达到最佳理想状态时，车轮的前束控制臂和外倾控制臂的内点需要调节的位移量，然后进行调节，从而使车轮在面对不同路况的各种运动工况下，都具有合适的外倾角，提高车轮的安全性，提高车辆的操控稳定性，并且实时匹配与外倾角对应的车轮前束角，补偿轮胎因外倾角及路面阻力所导致向内或向外滚动的趋势，有效降低轮胎磨损，提高轮胎使用寿命。
作为本发明多连杆悬架的轮胎前束外倾全动态控制方法的改进，所述在当前实时运动工况下，计算出车辆前束角和外倾角达到最佳理想状态时，悬架两侧车轮的前束控制臂的内点需要调节的位移量和外倾控制臂的内点需要调节的位移量包括：计算出各个运动工况下，最佳理想前束角与悬架跳动行程的对应关系曲线，及最佳理想外倾角与悬架跳动行程的对应关系曲线；根据车辆出厂时设置的初始基准前束角与悬架跳动行程的对应关系曲线，及初始基准外倾角与悬架跳动行程的对应关系曲线，计算出对应各个运动工况下，当前车辆达到最佳理想前束角和外倾角，所需要的前束角调节和外倾角调节量；计算出所需要的前束角调节量和外倾角调节量对应的，前束控制臂内点位移量和外倾控制臂内点位移量。通过将车辆实时运动工况下的初始基准前束角和外倾角，与最佳理想的对应运动工况下前束角和外倾角值进行对比，计算所需要的前束角调节和外倾角调节量，进而计算出对应所需要的前束控制臂和外倾控制臂内点位移量，从而为动态调节提供快速准确数据基础。
综上所述，采用上述多连杆悬架的轮胎前束外倾全动态控制装置及方法，在车辆行驶的过程中，可以实时动态调整和匹配车轮的前束角和外倾角，提升车辆的操控及驾乘舒适性，提高轮胎使用寿命。
附图说明
在附图中：
图1为本发明控制装置的整体结构示意图。
图2为本发明控制装置的结构框图。
图3为本发明的前束控制臂结构示意图。
图4为本发明的外倾控制臂示意图。
图5为本发明控制方法的前束和外倾角随悬架跳动行程理想变化曲线和基准变化曲线示意图。
图6为本发明控制方法的前束和外倾角调节量随悬架跳动行程变化关系曲线示意图。
图7为本发明控制方法的前束和外倾控制臂内点位移量随悬架跳动行程变化关系曲线示意图。
图中：1、采集模块；2、控制器；21、判断模块；22、数据库；23、分析处理单元；24、电子控制单元；3、前束调节执行装置；4、外倾调节执行装置；5、驱动机构；51、伺服液压缸；52、U型连接支架；53、导轨块；6、前束控制臂；7、外倾控制臂；8、副车架。
具体实施方式
为了便于描述，以下对本申请实施例涉及的部分名词或术语进行说明：
外倾：从汽车正前方看，汽车车轮的顶端向内或向外倾斜一个角度，称为车轮的外倾。通常情况下汽车的侧倾角为外倾。用偏离垂直线所倾斜的角度来表示，如果顶端向外倾斜则称为正外倾角，如果向内倾斜则称为负外倾角。外倾的作用是为了增加汽车直线行驶的安全性，当具有外倾角时，可使车轮在转向时偏移量减小，所以能减少转向力；另外，由于车轮外倾，在垂直载荷作用下产生一施加于轴心上的分力，使车轮向内压在轴承上，以防止车轮甩脱。
前束：从汽车的正上方向下看，由轮胎的中心线与汽车的纵向轴线之间的夹角称为前束角，轮胎中心线前端向内收束的角度为正前束角，反之为负前束角。总前束值等于两个车轮的前束值之和，即两个车轮轴线之间的夹角。前束的作用是消除车轮外倾造成的不良后果.，车轮外倾使前轮有向两侧张开的趋势，由于受车桥约束，不能向外滚开，导致车轮边滚边滑，增加了磨损，有了前束后可使车轮在每瞬间的滚动方向都接近于正前方，减轻了轮毂外轴承的压力和轮胎的磨损。
前束控制臂的硬点是决定其运动学特性最重要的因素，硬点包括内点和外点，在多连杆悬架中，控制臂外点连接在车轮上，通过控制内点可以起到调整后轮前束的作用，以提高车辆行驶稳定性。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
图1和图2示出了本发明的一种多连杆悬架的轮胎前束外倾全动态控制装置。如图1和图2所示，该控制装置包括包括采集模块1、控制器2、前束调节执行装置3、外倾调节执行装置4，
内点采集模块1用于获取车辆实时运动的参数信息，其中，内点参数信息包括悬架高度信息、X、Y、Z向加速度信息、Y向横摆角速度信息以及行驶速度信息；
内点控制器2用于根据内点参数信息判断车辆的实时运动工况，再计算出对应当前实时运动工况下，车辆前束角和外倾角达到最佳理想状态时，悬架两侧车轮的前束控制臂的内点需要调节的位移量和外倾控制臂的内点需要调节的位移量，并输出控制指令。
内点前束调节执行装置3用于接收内点控制指令并执行，使前束控制臂的内点移动相应的位移量；
内点外倾调节执行装置4用于接收内点控制指令并执行，使外倾控制臂的内点移动相应的位移量。
使用时，悬架高度传感器输出当前悬架高度值H，具体悬架左、右侧的高度分别为H1、H2，三轴向加速度传感器输出当前车辆X、Y、Z方向的加速度值：ax、ay、az，横摆角速度传感器输出当前车辆Y向的横摆角速度值：ω，轮速传感器输出当前车辆对应车轮的转速：V；控制器2先根据这些运动参数，判断出对应的车辆实时运动工况，然后计算该运动工况下，车辆前束角和外倾角达到最佳理想状态时，悬架两侧车轮的前束控制臂的内点需要调节的位移量和外倾控制臂的内点需要调节的位移，再发出指令控制前束调节执行装置3和外倾调节执行装置4，使前束控制臂和外倾控制臂调整移动到理想情况的位置，始终保持车轮的外倾角和前束角在理想最佳的状态，提高车辆行驶的安全性，减少轮胎磨损。
如图2所示，内点控制器2包括判断模块21、数据库22、分析处理单元23和电子控制单元24，内点判断模块21用于根据内点参数信息判断车辆的实时运动工况；内点数据库22用于存储车辆在各种运动工况下，车辆具有最佳理想前束角时，各个车轮的悬架跳动行程与前束控制臂内点位移量之间对应关系，及车辆具有最佳理想外倾角时，各个车轮悬架跳动行程与外倾控制臂内点位移量之间对应关系；内点分析处理单元23用于根据车辆实时运动工况和内点悬架高度信息，在内点数据库22中查询当前车辆达到最佳理想前束角和外倾角，所需要的前束控制臂内点位移量和外倾控制臂内点位移量；内点电子控制单元24用于将当前车辆各个车轮的前束控制臂内点位移量和外倾控制臂内点位移量分别转化为控制指令并发出。控制器2根据实时运动参数和数据库22的理想数据，快速准确的计算出各个控制臂所需的内点位移量，并转化为控制指令发出，从而实现前束外倾的动态调节。
如图3所示，内点前束调节执行装置3包括驱动机构5，内点驱动机构5的输出端与前束控制臂的内点连接。可选的，内点驱动机构5包括伺服液压缸51，内点伺服液压缸51的推杆端部设置有U型连接支架52，内点U型连接支架52与前束控制臂铰接。伺服液压缸51固定顶在副车架上，利用推杆推动前束控制臂或外倾控制臂的内点，实现对车轮前束、外角倾的调节。不同的前束控制臂调节量或外倾控制臂调节量均对应着特定的伺服液压缸51推杆推出的长度，采用伺服液压机构驱动，调节准确，负载刚度大。驱动机构5也可以采用电机驱动，用齿轮、蜗轮蜗杆传动机构实现同样的推动前束控制臂的作用。
进一步的，内点伺服液压缸51的推杆中部设置有导轨块53，内点导轨块53和内点伺服液压缸51均固定于副车架的底部，内点伺服液压缸51的推杆贯穿内点导轨块53，且二者之间滑动连接。由于推杆的推力较大，通过导向块53保证推杆推出后有较高的刚度，进而确保调节精度。
同样的，外倾调节执行装置5也可以采用上述驱动机构实现调节。
本发明一种利用上述装置的多连杆悬架的轮胎前束外倾全动态控制方法，包括如下步骤：
步骤一：获取车辆实时运动的参数信息，其中所述运动参数包括悬架高度信息、X、Y、Z向加速度信息、Y向横摆角速度信息以及行驶速度信息。
步骤二：根据参数信息判断车辆的实时运动工况。
步骤三：在当前实时运动工况下，计算出车辆前束角和外倾角达到最佳理想状态时，悬架两侧车轮的前束控制臂的内点需要调节的位移量和外倾控制臂的内点需要调节的位移量；
步骤四：调节前束控制臂和外倾控制臂的内点分别移动相应的位移量；
在步骤二之前，需要先对车辆的运动工况进行标定，具体在车辆基础悬架设计完成后，可结合整车操稳平顺性仿真方法、悬架K&C仿真方法等和车辆操控与驾乘舒适性定义目标，定义对应前束外倾需要动态调整的运动工况，不局限于直线加速、直线减速、转向减速、转向加速等运动工况；
其中，运动工况包括由直线运动或转向运动与匀速运动、加速运动或减速运动中一种组合的组合运动工况。即包括直线加速、直线减速、转向减速、转向加速等运动工况。
进一步的，运动工况还包括由上述组合运动工况与平跳运动、单跳运动或双跳运动中一种的进一步组合，其中，跳动指车轮的跳动，单侧车轮跳动为单跳运动，双侧车轮同步跳动为平跳，双侧车轮不同步跳动为双跳。因此，运动工况又包括直线加速平跳、直线减速双跳、转向减速单跳等。
各种运动对应的运动参数如下：
直线：ay＝0，转向：ay≠0；
匀速：ax＝0、V＞0，加速：ax＞0、V＞0，减速：ax＜0、V＞0；
平跳：ΔH1＝ΔH2＞0，双跳：ΔH1＞0、ΔH2＞0、ΔH1≠ΔH2，单跳：ΔH1＝0、ΔH2＞0或ΔH1＞0、ΔH2＝0；其中ΔH1为实时车轮悬架高度值H1相对于初始基准悬架高度的变化值，ΔH2为实时车轮悬架高度值H2相对于初始基准悬架高度的变化值。
运动工况判断用逻辑判断的IF函数进行判断，例如：直线加速运动工况的判断条件为：if ay＝0and ax＞0and V＞0；直线加速双跳运动工况的判断条件为：
if ay＝0and ax＞0and V＞0andΔH1＞0andΔH2＞0andΔH1≠ΔH2。
在步骤三中，计算出各种运动工况下理想的，前束控制臂调节量和外倾控制臂调节量分别与车身高度的关系曲线过程如下：
首先根据设计和仿真，计算出各运动工况下，前束和外倾角的理想变化曲线：ΔH-β1/γ1，(其中曲线纵坐标为最佳理想前束角β1/外倾角γ1)。如图5所示，横坐标为悬架跳动行程ΔH，即实时车轮悬架高度值H相对于初始基准悬架高度的变化值，纵坐标为对应的前束角β/外倾角γ；
然后，再利用悬架模型，模拟出车辆出厂时本身固有的前束和外倾角的基准变化曲线：ΔH-β0/γ0，(其中曲线纵坐标为初始基准前束角β0/外倾角γ0)如图5所示。结合上面的理想变化曲线，得到悬架跳动行程与所需要的前束和外倾角调节量的关系曲线：ΔH-Δβ/Δγ，其中纵坐标为前束和外倾角理想值与基准值的差值，即Δβ＝β-β0，Δγ＝γ-γ0，横坐标为悬架跳动行程ΔH，如图6所示；
接着，利用悬架仿真模型，再模拟出对应前束/外倾角调节量所需要的对应控制臂内点横向位移量，标定出调整曲线ΔH-ΔL，如图7所示，其中横坐标为悬架跳动行程ΔH，纵坐标为各个控制臂内点位移量ΔL；
另外，车辆下线时，需对前束、外倾进行校正，根据悬架姿态，将左、右前束和外倾调整到理论基准状态，并标定前束和外倾控制臂调节装置的初始位置，作为调节起点。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制装置，其特征在于，包括采集模块(1)、控制器(2)、前束调节执行装置(3)、外倾调节执行装置(4)，
所述采集模块(1)用于获取车辆实时运动的参数信息，其中，所述参数信息包括悬架高度信息、X、Y、Z向加速度信息、Y向横摆角速度信息以及行驶速度信息；
所述控制器(2)用于根据所述参数信息判断车辆的实时运动工况，再计算出对应当前实时运动工况下，车辆前束角和外倾角达到最佳理想状态时，悬架两侧车轮的前束控制臂的内点需要调节的位移量和外倾控制臂的内点需要调节的位移量，并输出控制指令。
所述前束调节执行装置(3)用于接收所述控制指令并执行，使前束控制臂的内点移动相应的位移量；
所述外倾调节执行装置(4)用于接收所述控制指令并执行，使外倾控制臂的内点移动相应的位移量。
2.根据权利要求1所述的一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制装置，其特征在于，所述控制器(2)包括判断模块(21)、数据库(22)、分析处理单元(23)和电子控制单元(24)，所述判断模块(21)用于根据所述参数信息判断车辆的实时运动工况；所述数据库(22)用于存储车辆在各种运动工况下，车辆具有最佳理想前束角时，各个车轮的悬架跳动行程与前束控制臂内点位移量之间对应关系，及车辆具有最佳理想外倾角时，各个车轮悬架跳动行程与外倾控制臂内点位移量之间对应关系；所述分析处理单元(23)用于根据车辆实时运动工况和所述悬架高度信息，在所述数据库(22)中查询当前车辆达到最佳理想前束角和外倾角，所需要的前束控制臂内点位移量和外倾控制臂内点位移量；所述电子控制单元(24)用于将当前车辆各个车轮的前束控制臂内点位移量和外倾控制臂内点位移量分别转化为控制指令并发出。
3.根据权利要求1所述的一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制装置，其特征在于，所述前束调节执行装置(3)包括驱动机构(5)，所述驱动机构(5)的输出端与前束控制臂的内点连接。
4.根据权利要求4所述的一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制装置，其特征在于，所述驱动机构(5)包括伺服液压缸(51)，所述伺服液压缸(51)的推杆端部设置有U型连接支架(52)，所述U型连接支架(52)与前束控制臂铰接。
5.根据权利要求5所述的一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制装置，其特征在于，所述伺服液压缸(51)的推杆中部设置有导轨块(53)，所述导轨块(53)和所述伺服液压缸(51)均固定于副车架的底部，所述伺服液压缸(51)的推杆贯穿所述导轨块(53)，且二者之间滑动连接。
6.一种利用权力要求1所述装置的多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制方法，包括如下步骤：
获取车辆实时运动的参数信息，其中所述运动参数包括悬架高度信息、X、Y、Z向加速度信息、Y向横摆角速度信息以及行驶速度信息；
根据参数信息判断车辆的实时运动工况；
在当前实时运动工况下，计算出车辆前束角和外倾角达到最佳理想状态时，悬架两侧车轮的前束控制臂的内点需要调节的位移量和外倾控制臂的内点需要调节的位移量；
调节前束控制臂和外倾控制臂的内点分别移动相应的位移量。
7.根据权利要求6所述的一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制方法，其特征在于，所述在当前实时运动工况下，计算出车辆前束角和外倾角达到最佳理想状态时，悬架两侧车轮的前束控制臂的内点需要调节的位移量和外倾控制臂的内点需要调节的位移量包括：计算出各个运动工况下，最佳理想前束角与悬架跳动行程的对应关系曲线，及最佳理想外倾角与悬架跳动行程的对应关系曲线；根据车辆出厂时设置的初始基准前束角与悬架跳动行程的对应关系曲线，及初始基准外倾角与悬架跳动行程的对应关系曲线，计算出对应各个运动工况下，当前车辆达到最佳理想前束角和外倾角，所需要的前束角调节和外倾角调节量；计算出所需要的前束角调节量和外倾角调节量对应的，前束控制臂内点位移量和外倾控制臂内点位移量。
8.根据权利要求7所述的一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制方法，其特征在于，在所述调节前束控制臂和外倾控制臂的内点分别移动相应的位移量中，调节前束控制臂的调节起点为初始基准前束角对应的前束控制臂内点位置，调节外倾控制臂的调节起点为初始基准外倾角对应的外倾控制臂内点位置。
9.根据权利要求6所述的一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制方法，其特征在于，所述运动工况包括由直线运动或转向运动与匀速运动、加速运动或减速运动中一种组合的组合运动工况。
10.根据权利要求9所述的一种多连杆悬架的车轮前束外倾全动态控制方法，其特征在于，所述运动工况还包括由所述组合运动工况与平跳运动、单跳运动或双跳运动中一种的进一步组合。
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