CN114633597A - 一种整车协调控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种整车协调控制方法及系统，属于车辆控制技术领域。通过以侧倾角加速度是否处于预设侧倾角加速度阈值内和俯仰角加速度是否处于预设俯仰角加速度阈值内为判断基准，判断是否需要考虑整车的耦合振动以及需要考虑的耦合振动的类型，当车体俯仰角加速度或侧倾角加速度不在设定阈值内时，耦合量影响较大，采用基于转矩阻尼控制的主控制抑制车体俯仰振动和侧倾振动。当车体俯仰角加速度和侧倾角加速度处于设定阈值内时，忽略耦合量的影响，将整车悬架视为由四个独立的子悬架组成，每个子悬架独立的实施垂向控制，以有效的抑制车辆行驶时的俯仰、侧倾及垂向振动，实现整车的协调控制，显著改善车辆乘坐的舒适性，控制效果好。

Description

一种整车协调控制方法及系统
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域，特别是涉及一种车辆悬架阻尼的整车协调控制方法及系统。
背景技术
车辆半主动悬架能够根据车辆的振动和路面的起伏情况实时的改变悬架阻尼，进而显著改善车辆的乘坐舒适性和操作稳定性，具有控制能耗低，鲁棒性好，性价比高等优点，是车辆工程领域研究和应用的热点。现在大多数的控制方法均以单个车轮的悬架垂向控制为目标，对整车四个(或多个)子悬架完全独立的实施控制，没有考虑整车悬架的耦合振动，控制效果难以达到最佳。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的是提供一种整车协调控制方法及系统，考虑整车悬架的耦合振动，以有效的抑制车辆行驶时的俯仰、侧倾及垂向振动。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种整车协调控制系统，所述控制系统包括角加速度测量装置、主控单元和四个可控减振器；所述主控单元包括基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块、基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块和四个悬架垂向控制模块；
所述主控单元分别与所述角加速度测量装置和所述可控减振器通信连接；
所述角加速度测量装置用于采集角加速度计算数据，并将所述角加速度计算数据传输至所述主控单元；
所述主控单元用于根据所述角加速度计算数据计算得到侧倾角加速度和俯仰角加速度；
所述主控单元还用于判断所述侧倾角加速度是否处于预设侧倾角加速度阈值内，得到第一判断结果，判断所述俯仰角加速度是否处于预设俯仰角加速度阈值内，得到第二判断结果；并当所述第一判断结果为是且所述第二判断结果为否时，利用所述俯仰控制模块对四个所述可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体俯仰振动；当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为是时，利用所述侧倾控制模块对四个所述可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动；当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为否时，综合利用所述侧倾控制模块和所述俯仰控制模块对四个所述可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动和车体俯仰振动；当所述第一判断结果为是且所述第二判断结果为是时，利用四个所述悬架垂向控制模块分别对四个所述可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车身垂向振动。
本发明还用于提供一种整车协调控制方法，所述控制方法包括如下步骤：
计算车辆的侧倾角加速度和俯仰角加速度；
判断所述侧倾角加速度是否处于预设侧倾角加速度阈值内，得到第一判断结果；
判断所述俯仰角加速度是否处于预设俯仰角加速度阈值内，得到第二判断结果；
当所述第一判断结果为是且所述第二判断结果为否时，则利用基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体俯仰振动；
当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为是时，则利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动；
当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为否时，则综合利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块和基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动和车体俯仰振动；
当所述第一判断结果为是且所述第二判断结果为是时，则利用四个悬架垂向控制模块分别对四个可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车身垂向振动。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种整车协调控制方法及系统，先计算车体的侧倾角加速度和俯仰角加速度，并判断侧倾角加速度是否处于预设侧倾角加速度阈值内，得到第一判断结果，判断俯仰角加速度是否处于预设俯仰角加速度阈值内，得到第二判断结果。当第一判断结果为是且第二判断结果为否时，此时俯仰振动不可忽略，则利用基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体俯仰振动。当第一判断结果为否且第二判断结果为是时，此时侧倾振动不可忽略，则利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动。当第一判断结果为否且第二判断结果为否时，此时俯仰振动和侧倾振动均不可忽略，则综合利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块和基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动和车体俯仰振动。当第一判断结果为是且第二判断结果为是时，此时俯仰振动和侧倾振动均可忽略，则利用四个悬架垂向控制模块分别对四个可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车身垂向振动，进而以侧倾角加速度是否处于预设侧倾角加速度阈值内和俯仰角加速度是否处于预设俯仰角加速度阈值内为判断基准，判断是否需要考虑整车的耦合振动以及需要考虑的耦合振动的类型，以有效的抑制车辆行驶时的俯仰、侧倾及垂向振动，实现整车的协调控制，显著改善车辆乘坐的舒适性，控制效果好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所提供的车辆悬架的四自由度俯仰振动模型。
图2为本发明实施例1所提供的车辆四分之一悬架的动力学模型。
图3为本发明实施例1所提供的控制方法的方法流程图。
图4为本发明实施例1所提供的车身俯仰的转矩阻尼控制示意图。
图5为本发明实施例2所提供的控制系统的结构示意图。
符号说明：
1-角加速度测量装置；11-侧倾角速率传感器；12-俯仰角速率传感器；13-车体加速度传感器；2-主控单元；21-俯仰控制模块；22-侧倾控制模块；23-悬架垂向控制模块；3-可控减振器。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
本发明的目的是提供一种整车协调控制方法及系统，考虑整车悬架的耦合振动，以有效的抑制车辆行驶时的俯仰、侧倾及垂向振动。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
四轮车辆整车悬架的振动模型包含车身的俯仰、侧倾、垂向及四个车轮的垂向振动，共七个自由度，是典型的多入多出(MIMO)系统的耦合振动系统，加上各种非线性、载荷变化等因素，依赖于精确系统模型的控制方法并不适宜对其进行控制。七自由度整车悬架振动模型可以看成是一个四自由度俯仰振动模型与一个四自由度侧倾振动模型的叠加。如图1所示，以四自由度俯仰振动模型为例，其数学模型为：
Figure BDA0002835617580000041
式1中，
Figure BDA0002835617580000042
Fks1＝ks1(xs1-xt1)；Fks2＝ks2(xs2-xt2)；Fkt1＝kt1(xt1-xr1)；Fkt2＝kt2(xt2-xr2)；cs1为前悬架的阻尼系数，cs2为后悬架的阻尼系数，cs1和cs2是受控参数；ks1为前悬架的刚度，ks2为后悬架的刚度；kt1为前车轮的等效刚度，kt2为后车轮的等效刚度；Ms为车体的质量，J为车体的转动惯量；mt1为前车轮的质量，mt2为后车轮的质量；xs1为前半车的垂直位移，xs2为后半车的垂直位移，xc为车体质心的垂直位移；xt1为前车轮的垂直位移，xt2为后车轮的垂直位移；xr1为前车轮的路面不平度输入，xr2为后车轮的路面不平度输入；φ为车辆的俯仰角位移；b为质心与前轴的距离，a为质心与后轴的距离。
将式1中的第一个方程两端同时乘以a，并与第二个方程做差，得到：
Figure BDA0002835617580000043
将式1中的第一个方程两端同时乘以b，并与第二个方程相加，得到：
Figure BDA0002835617580000044
由于车体的俯仰角和侧倾角一般都比较小(通常<10°)，故sinφ≈φ，进而质心垂直位移可以用前、后悬架车体垂直位移近似表示为：
xc＝xs1+bφ (4)
xc＝xs2-aφ (5)
将式(4)代入式(2)，式(5)代入式(3)，且J＝Msρ2(ρ为俯仰惯量的等效回转半径)，可以得到：
Figure BDA0002835617580000051
Figure BDA0002835617580000052
于是，式(1)可以用前、后悬架的两个方程组来表示：
Figure BDA0002835617580000053
Figure BDA0002835617580000054
然而，如图2所示，四分之一车悬架模型的动力学方程可表示为：
Figure BDA0002835617580000055
式10中，
Figure BDA0002835617580000056
Fks＝ks(xs-xt)；Fkt＝kt(xt-xr)；ms为簧载质量；mt为非簧载质量；ks为悬架刚度，kt为车轮刚度；cs为可控阻尼器的阻尼系数；xr为路面不平度激励；xs为车轮的垂直位移，xt为车体的垂直位移。
通过对比式(8)、(9)和式(10)，式(8)、(9)中的车体动力学方程除了前、后悬架的载荷分配差异，还多出了前、后悬架振动的关联量，即俯仰振动的耦合量。若该耦合量为零，则前、后悬架的振动才会完全独立，即当前轮遇到路面不平而引起振动时，前悬架簧载质量运动，而后悬架簧载质量不运动，反之亦然。在这种特殊情况下，可以对前、后悬架实施完全独立的控制。
理论上，在如下条件下可以消除式(8)、(9)中的耦合量，即消除前、后悬架之间的耦合振动：
(1)调配车体质量分布，使
Figure BDA0002835617580000057
即悬挂质量分配系数
Figure BDA0002835617580000058
然而实际上，完全实现ε＝1较为困难，并且车辆的载荷也随载重量及位置的变化而出现较大的差异。
(2)在悬架间或非簧载质量上构造一个控制器，通过反馈角加速度
Figure BDA0002835617580000061
产生与耦合量相反的控制力将耦合量定量抵消，从而使得前、后悬架独立运行。
(3)当
Figure BDA0002835617580000062
时，耦合量也为零值。此时，车辆行驶平稳，车体未出现俯仰振动，仅有垂向振动，前、后悬架互不干扰，可以完全独立地实施控制。
另外，对于车辆的侧倾振动，其对应的分析方法与上述对车辆俯仰振动的分析方法相同，在此不再赘述。
进而由于悬架振动存在耦合量，对各子悬架独立的实施控制难以达到最佳的整车协调控制效果。基于上述分析可知，当俯仰角加速度
Figure BDA0002835617580000063
时，前、后悬架之间的耦合振动消除，当侧倾角加速度
Figure BDA0002835617580000064
时，左、右悬架之间的耦合振动消除。但是当车辆行驶时，在路面不平的激励下，车身只出现垂向振动，而不发生俯仰振动和侧倾振动的情况的概率较小。为了综合考虑车身垂向、俯仰和侧倾的整车协调控制，达到提高车辆的平顺性、操作稳定性和安全性的目的，可以设定俯仰角加速度阈值
Figure BDA0002835617580000065
当
Figure BDA0002835617580000066
时，此时车身俯仰振动幅度较小，式(9)、(10)中的耦合量取值较小，可以忽略耦合振动的影响，从而对前、后悬架实施独立的控制。相反，当
Figure BDA0002835617580000067
时，车身俯仰振动明显，耦合振动的影响不可忽略，必须采取抑制俯仰振动的控制方法。同理，对于侧倾振动的控制，同样可以设定侧倾角加速度阈值
Figure BDA0002835617580000068
当
Figure BDA0002835617580000069
时，此时车身侧倾振动幅度较小，可以忽略耦合振动的影响，从而对左、右悬架实施独立的控制。相反，当
Figure BDA00028356175800000610
时，车身侧倾振动明显，耦合振动的影响不可忽略，必须采取抑制侧倾振动的控制方法。针对整车协调控制时，显然只有当
Figure BDA00028356175800000611
并且
Figure BDA00028356175800000612
时，耦合量的影响才可以忽略，此时认为只有车身垂向振动，整车可以视为由四个独立的二自由度悬架组成。故本实施例采取主从控制策略，主控制包括俯仰控制模块21和侧倾控制模块22，分别用于抑制车体俯仰振动和侧倾振动。从控制由四个独立的二自由度悬架垂向控制模块23组成，用于抑制车身垂向振动。
基于上述分析，本实施例用于提供一种整车协调控制方法，如图3所示，所述控制方法包括如下步骤：
步骤101：计算车辆的侧倾角加速度和俯仰角加速度；
该步骤具体可以为：设置侧倾角速率传感器11和俯仰角速率传感器12，通过侧倾角速率传感器11采集车辆的侧倾角速率，通过俯仰角速率传感器12采集车辆的俯仰角速率，分别对侧倾角速率和俯仰角速率求一阶导，即可计算得到侧倾角加速度和俯仰角加速度；另外，还可设置车体加速度传感器13，以计算得到俯仰角加速度和侧倾角加速度。
步骤102：判断所述侧倾角加速度是否处于预设侧倾角加速度阈值内，得到第一判断结果；
步骤103：判断所述俯仰角加速度是否处于预设俯仰角加速度阈值内，得到第二判断结果；
步骤104：当所述第一判断结果为是且所述第二判断结果为否时，则利用基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块21对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控，抑制车体俯仰振动；
具体的，当所述第一判断结果为是且所述第二判断结果为否时，此时车辆的俯仰振动无法忽略，采用转矩阻尼的方法进行控制，也就是给车身提供与俯仰角速度方向相反的阻尼力矩，使车身尽快恢复平稳。在此规定车体上仰时，φ>0；右倾时，θ>0。该阻尼力矩由前、后可控减振器3的可控阻尼力Fdf和Fdr产生，如图4所示。考虑阻尼力矩的前、后分配差异，以及左右对称性，故利用基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块21对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控具体包括：俯仰控制模块21根据俯仰阻尼系数调控表达式对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控。
所述俯仰阻尼系数调控表达式包括用于对位于前悬架左侧的可控减振器3进行调控的第一俯仰阻尼系数调控表达式、用于对位于前悬架右侧的可控减振器3进行调控的第二俯仰阻尼系数调控表达式、用于对位于后悬架左侧的可控减振器3进行调控的第三俯仰阻尼系数调控表达式和用于对位于后悬架右侧的可控减振器3进行调控的第四俯仰阻尼系数调控表达式；
所述第一俯仰阻尼系数调控表达式为：
Figure BDA0002835617580000071
式11中，cfl-pitch为位于前悬架左侧的可控减振器3对应的第一俯仰阻尼系数；α为前、后悬架的阻尼力矩分配系数；Cpitch为俯仰阻尼系数；
Figure BDA0002835617580000081
为车身俯仰角速度；L为轴距；
Figure BDA0002835617580000082
为位于前悬架左侧的可控减振器3对应的车身垂向速度；
Figure BDA0002835617580000083
为位于前悬架左侧的可控减振器3对应的车轮垂向速度；cmin为预设最小阻尼系数；
所述第二俯仰阻尼系数调控表达式为：
Figure BDA0002835617580000084
式12中，cfr-pitch为位于前悬架右侧的可控减振器3对应的第二俯仰阻尼系数；
Figure BDA0002835617580000085
为位于前悬架右侧的可控减振器3对应的车身垂向速度；
Figure BDA0002835617580000086
为位于前悬架右侧的可控减振器3对应的车轮垂向速度；
所述第三俯仰阻尼系数调控表达式为：
Figure BDA0002835617580000087
式13中，crl-pitch为位于后悬架左侧的可控减振器3对应的第三俯仰阻尼系数；
Figure BDA0002835617580000088
为位于后悬架左侧的可控减振器3对应的车身垂向速度；
Figure BDA0002835617580000089
为位于后悬架左侧的可控减振器3对应的车轮垂向速度；
所述第四俯仰阻尼系数调控表达式为：
Figure BDA00028356175800000810
式14中，crr-pitch为位于后悬架右侧的可控减振器3对应的第四俯仰阻尼系数；
Figure BDA00028356175800000811
为位于后悬架右侧的可控减振器3对应的车身垂向速度；
Figure BDA00028356175800000812
为位于后悬架右侧的可控减振器3对应的车轮垂向速度。
步骤105：当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为是时，则利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块22对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动；
具体的，当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为是时，此时车的侧倾振动无法忽略，由于车辆左右对称，不需要考虑侧倾阻尼力矩的左右分配差异，但是需要考虑前、后轮的减振器的区别。故利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块22对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控具体包括：侧倾控制模块22根据侧倾阻尼系数调控表达式对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控。
所述侧倾阻尼系数调控表达式包括用于对位于前悬架左侧的可控减振器3进行调控的第一侧倾阻尼系数调控表达式、用于对位于前悬架右侧的可控减振器3进行调控的第二侧倾阻尼系数调控表达式、用于对位于后悬架左侧的可控减振器3进行调控的第三侧倾阻尼系数调控表达式和用于对位于后悬架右侧的可控减振器3进行调控的第四侧倾阻尼系数调控表达式；
所述第一侧倾阻尼系数调控表达式为：
Figure BDA0002835617580000091
式15中，cfl-roll为位于前悬架左侧的可控减振器3对应的第一侧倾阻尼系数；Croll1为车头的侧倾阻尼系数；
Figure BDA0002835617580000092
为车身侧倾角速度；W1为前轮轮距；
所述第二侧倾阻尼系数调控表达式为：
Figure BDA0002835617580000093
式16中，cfr-roll为位于前悬架右侧的可控减振器3对应的第二侧倾阻尼系数；
所述第三侧倾阻尼系数调控表达式为：
Figure BDA0002835617580000101
式17中，crl-roll为位于后悬架左侧的可控减振器3对应的第三侧倾阻尼系数；Croll2为车尾的侧倾阻尼系数；W2为后轮轮距；
所述第四侧倾阻尼系数调控表达式为：
Figure BDA0002835617580000102
式18中，crr-roll为位于后悬架右侧的可控减振器3对应的第四侧倾阻尼系数。
步骤106：当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为否时，则综合利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块22和基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块21对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动和车体俯仰振动；
具体的，当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为否时，此时车的侧倾振动和俯仰振动均无法忽略，即车辆的俯仰振动和侧倾振动同时存在，因此每一个可控减振器3需要兼顾俯仰和侧倾的控制，可以采取加权叠加或取最大值的方式确定每一个可控减振器3的阻尼系数。
进一步的，采用加权叠加的方式时，所述综合利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块22和基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块21对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控具体包括：根据俯仰阻尼系数调控表达式，利用俯仰控制模块21计算得到第一俯仰阻尼系数、第二俯仰阻尼系数、第三俯仰阻尼系数和第四俯仰阻尼系数。根据侧倾阻尼系数调控表达式，利用侧倾控制模块22计算得到第一侧倾阻尼系数、第二侧倾阻尼系数、第三侧倾阻尼系数和第四侧倾阻尼系数。对第一俯仰阻尼系数和第一侧倾阻尼系数进行加权叠加，得到第一阻尼系数，对第二俯仰阻尼系数和第二侧倾阻尼系数进行加权叠加，得到第二阻尼系数，对第三俯仰阻尼系数和第三侧倾阻尼系数进行加权叠加，得到第三阻尼系数，对第四俯仰阻尼系数和第四侧倾阻尼系数进行加权叠加，得到第四阻尼系数。根据第一阻尼系数、第二阻尼系数、第三阻尼系数和第四阻尼系数，分别对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控。具体的，根据第一阻尼系数对位于前悬架左侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控，根据第二阻尼系数对位于前悬架右侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控，根据第三阻尼系数对位于后悬架左侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控，根据第四阻尼系数对位于后悬架右侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控，从而抑制俯仰振动和侧倾振动。
此时，四个可控减振器3的阻尼系数的表达式为：
Figure BDA0002835617580000111
式19中，cfl为位于前悬架左侧的可控减振器3对应的第一阻尼系数；cfr为位于前悬架右侧的可控减振器3对应的第二阻尼系数；crl为位于后悬架左侧的可控减振器3对应的第三阻尼系数；crr为位于后悬架右侧的可控减振器3对应的第四阻尼系数；γ为前减振器的加权系数；λ为后减振器的加权系数。
采用取最大值的方式时，所述综合利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块22和基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块21对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控具体包括：根据俯仰阻尼系数调控表达式，利用俯仰控制模块21计算得到第一俯仰阻尼系数、第二俯仰阻尼系数、第三俯仰阻尼系数和第四俯仰阻尼系数。根据侧倾阻尼系数调控表达式，利用侧倾控制模块22计算得到第一侧倾阻尼系数、第二侧倾阻尼系数、第三侧倾阻尼系数和第四侧倾阻尼系数。以第一俯仰阻尼系数和第一侧倾阻尼系数中的最大值作为第一阻尼系数，以第二俯仰阻尼系数和第二侧倾阻尼系数中的最大值作为第二阻尼系数，以第三俯仰阻尼系数和第三侧倾阻尼系数中的最大值作为第三阻尼系数，以第四俯仰阻尼系数和第四侧倾阻尼系数中的最大值作为第四阻尼系数。根据第一阻尼系数、第二阻尼系数、第三阻尼系数和第四阻尼系数，分别对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控。具体的，根据第一阻尼系数对位于前悬架左侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控，根据第二阻尼系数对位于前悬架右侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控，根据第三阻尼系数对位于后悬架左侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控，根据第四阻尼系数对位于后悬架右侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控，从而抑制俯仰振动和侧倾振动。
此时，四个可控减振器3的阻尼系数的表达式为：
Figure BDA0002835617580000121
由于执行器输出控制力往往受多因素影响，较难得到精确的控制力，本实施例还采用开关型(on/off)控制算法分别对侧倾振动和/或俯仰振动进行控制。当所述侧倾角加速度不处于预设侧倾角加速度阈值内或者所述俯仰角加速度不处于预设俯仰角加速度阈值内时，即当
Figure BDA0002835617580000122
或
Figure BDA0002835617580000123
时，对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控具体包括：
判断
Figure BDA0002835617580000124
是否大于0，
Figure BDA0002835617580000125
是否大于0；
在
Figure BDA0002835617580000126
或
Figure BDA0002835617580000127
时，以预设最大阻尼系数作为第一阻尼系数对位于前悬架左侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控；否则，以预设最小阻尼系数作为第一阻尼系数对位于前悬架左侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控；
判断
Figure BDA0002835617580000128
是否大于0，
Figure BDA0002835617580000129
是否小于0；
在
Figure BDA00028356175800001210
或
Figure BDA00028356175800001211
时，以预设最大阻尼系数作为第二阻尼系数对位于前悬架右侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控；否则，以预设最小阻尼系数作为第二阻尼系数对位于前悬架右侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控；
判断
Figure BDA00028356175800001212
是否小于0，
Figure BDA00028356175800001213
是否大于0；
在
Figure BDA00028356175800001214
或
Figure BDA00028356175800001215
时，以预设最大阻尼系数作为第三阻尼系数对位于后悬架左侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控；否则，以预设最小阻尼系数作为第三阻尼系数对位于后悬架左侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控；
判断
Figure BDA00028356175800001216
是否小于0，
Figure BDA00028356175800001217
是否小于0；
在
Figure BDA0002835617580000131
或
Figure BDA0002835617580000132
时，以预设最大阻尼系数作为第四阻尼系数对位于后悬架右侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控；否则，以预设最小阻尼系数作为第四阻尼系数对位于后悬架右侧的可控减振器3的阻尼系数进行调控。
此时，四个可控减振器3的阻尼系数的表达式为：
Figure BDA0002835617580000133
式21中，cmax为预设最大阻尼系数；||代表或；&代表且。
Figure BDA0002835617580000134
Figure BDA0002835617580000135
Figure BDA0002835617580000136
步骤107：当所述第一判断结果为是且所述第二判断结果为是时，则利用四个悬架垂向控制模块23分别对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控，抑制车身垂向振动。
具体的，当第一判断结果为是且第二判断结果为是时，此时车身俯仰和侧倾振动幅度较小，俯仰振动和侧倾振动均可忽略，耦合量的影响较小，车身以垂向振动为主，整车悬架可以视为由四个相互独立的二自由度悬架组成，采用垂向控制算法分别实施控制即可，故利用四个悬架垂向控制模块23分别对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控具体包括：四个所述悬架垂向控制模块23通过天棚控制算法或频域控制算法分别对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控。
另外，车辆在恶劣路面上低速行驶(40km/h以下)时，天棚控制可以非常有效地减小悬架动行程，降低悬架撞击限位装置的风险。但在良好路面上高速行驶(40km/h以上)时，天棚控制会恶化平顺性。而频域控制对提高平顺性的效果较佳，且具有仅需要车身加速度信号实施控制的优点，在悬架高度传感器出现故障或损坏时，还能够实施控制，提高了系统可靠性和失效-安全能力。因此，针对车身垂向振动，本实施例还提供了一种对四个相互独立的子悬架实施天棚控制与频域控制相结合的控制策略。
此时，所述利用四个悬架垂向控制模块23分别对四个可控减振器3的阻尼系数进行调控具体包括：每一个所述悬架垂向控制模块23判断其所对应悬架的动行程均方根值是否大于悬架极限许用行程的三分之一，得到第三判断结果；所述悬架垂向控制模块23判断车辆速度是否小于预设速度，得到第四判断结果；当所述第三判断结果为是且所述第四判断结果为是时，所述悬架垂向控制模块23通过天棚控制算法对与其相连接的可控减振器3的阻尼系数进行调控；否则，所述悬架垂向控制模块23通过频域控制算法对与其相连接的可控减振器3的阻尼系数进行调控。所述预设速度为40km/h。
其中，位于前悬架左侧的可控减振器3对应的悬架的动行程均方根值的计算公式为：
Figure BDA0002835617580000141
式25中，rms(xsfl)为位于前悬架左侧的可控减振器3对应的悬架动行程的均方根值，N为控制周期的个数，n＝1，2......N；xn为第n个控制周期内位于前悬架左侧的可控减振器3对应的悬架动行程。
另外，其余三个可控减振器3对应的悬架动行程的均方根值的计算公式与式25相同，在此不再赘述。
本实施例通过车辆悬架动力学模型分析了耦合量的影响，提出了车辆半主动悬架系统的整车协调控制方法—主从控制。当车体俯仰角加速度或侧倾角加速度不在对应的设定阈值内时，耦合量影响较大，采用基于转矩阻尼控制的主控制抑制车体俯仰振动和侧倾振动。当车体俯仰角加速度和侧倾角加速度处于对应的设定阈值内时，忽略耦合量的影响，将整车悬架视为由四个独立的子悬架组成，每个子悬架独立的实施垂向控制，并以天棚控制和频域控制相结合的控制方法抑制车体的垂向振动，实现对整车的协调控制，控制效果好。
实施例2：
本实施例还用于提供一种整车协调控制系统，如图5所示，所述控制系统包括角加速度测量装置1、主控单元2和四个可控减振器3；所述主控单元2包括基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块22、基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块21和四个悬架垂向控制模块23；
所述主控单元2分别与所述角加速度测量装置1和所述可控减振器3通信连接；
所述角加速度测量装置1用于采集角加速度计算数据，并将所述角加速度计算数据传输至所述主控单元2；
所述主控单元2用于根据所述角加速度计算数据计算得到侧倾角加速度和俯仰角加速度；
所述主控单元2用于判断所述侧倾角加速度是否处于预设侧倾角加速度阈值内，得到第一判断结果，判断所述俯仰角加速度是否处于预设俯仰角加速度阈值内，得到第二判断结果；并当所述第一判断结果为是且所述第二判断结果为否时，利用所述俯仰控制模块21对四个所述可控减振器3的阻尼系数进行调控，抑制车体俯仰振动；当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为是时，利用所述侧倾控制模块22对四个所述可控减振器3的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动；当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为否时，综合利用所述侧倾控制模块22和所述俯仰控制模块21对四个所述可控减振器3的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动和车体俯仰振动；当所述第一判断结果为是且所述第二判断结果为是时，利用四个所述悬架垂向控制模块23分别对四个所述可控减振器3的阻尼系数进行调控，抑制车身垂向振动。
其中，所述角加速度测量装置1包括侧倾角速率传感器11和俯仰角速率传感器12；所述角加速度计算数据包括侧倾角速率和俯仰角速率；
所述侧倾角速率传感器11用于采集车辆的侧倾角速率，并将所述侧倾角速率传输至所述主控单元2；
所述俯仰角速率传感器12用于采集车辆的俯仰角速率，并将所述俯仰角速率传输至所述主控单元2；
所述主控单元2用于分别对所述侧倾角速率和所述俯仰角速率求一阶导，得到侧倾角加速度和俯仰角加速度；
或者，所述角加速度测量装置1包括若干个车体加速度传感器13；所述角加速度计算数据为车体加速度；
所述车体加速度传感器13用于采集车体加速度；
所述主控单元2用于根据所述车体加速度得到侧倾角加速度和俯仰角加速度。
所述控制系统还包括若干个悬架高度传感器、若干个车体振动加速度传感器、若干个车轮振动加速度传感器、若干个车轮加速度传感器以及车体姿态传感器，以采集悬架高度、车体和车轮的振动状态、车轮的垂向加速度以及车身姿态。另外，通过对悬架高度进行微分可得到悬架的相对速度；或者对车体垂向加速度和车轮垂向加速度分别进行积分后再做差得到悬架的相对速度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种整车协调控制系统，其特征在于，所述控制系统包括角加速度测量装置、主控单元和四个可控减振器；所述主控单元包括基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块、基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块和四个悬架垂向控制模块；
所述主控单元分别与所述角加速度测量装置和所述可控减振器通信连接；
所述角加速度测量装置用于采集角加速度计算数据，并将所述角加速度计算数据传输至所述主控单元；
所述主控单元用于根据所述角加速度计算数据计算得到侧倾角加速度和俯仰角加速度；
所述主控单元还用于判断所述侧倾角加速度是否处于预设侧倾角加速度阈值内，得到第一判断结果，判断所述俯仰角加速度是否处于预设俯仰角加速度阈值内，得到第二判断结果；并当所述第一判断结果为是且所述第二判断结果为否时，利用所述俯仰控制模块对四个所述可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体俯仰振动；当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为是时，利用所述侧倾控制模块对四个所述可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动；当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为否时，综合利用所述侧倾控制模块和所述俯仰控制模块对四个所述可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动和车体俯仰振动；当所述第一判断结果为是且所述第二判断结果为是时，利用四个所述悬架垂向控制模块分别对四个所述可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车身垂向振动。
2.如权利要求1所述的一种整车协调控制系统，其特征在于，所述角加速度测量装置包括侧倾角速率传感器和俯仰角速率传感器；所述角加速度计算数据包括侧倾角速率和俯仰角速率；
所述侧倾角速率传感器用于采集车辆的侧倾角速率，并将所述侧倾角速率传输至所述主控单元；
所述俯仰角速率传感器用于采集车辆的俯仰角速率，并将所述俯仰角速率传输至所述主控单元；
所述主控单元用于分别对所述侧倾角速率和所述俯仰角速率求一阶导，得到侧倾角加速度和俯仰角加速度；
或者所述角加速度测量装置包括若干个车体加速度传感器；所述角加速度计算数据为车体加速度；
所述车体加速度传感器用于采集车体加速度；
所述主控单元用于根据所述车体加速度得到侧倾角加速度和俯仰角加速度。
3.一种整车协调控制方法，控制如权利要求1或2所述的控制系统进行工作，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：
计算车辆的侧倾角加速度和俯仰角加速度；
判断所述侧倾角加速度是否处于预设侧倾角加速度阈值内，得到第一判断结果；
判断所述俯仰角加速度是否处于预设俯仰角加速度阈值内，得到第二判断结果；
当所述第一判断结果为是且所述第二判断结果为否时，则利用基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体俯仰振动；
当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为是时，则利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动；
当所述第一判断结果为否且所述第二判断结果为否时，则综合利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块和基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车体侧倾振动和车体俯仰振动；
当所述第一判断结果为是且所述第二判断结果为是时，则利用四个悬架垂向控制模块分别对四个可控减振器的阻尼系数进行调控，抑制车身垂向振动。
4.如权利要求3所述的一种整车协调控制方法，其特征在于，所述利用基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控具体包括：所述俯仰控制模块根据俯仰阻尼系数调控表达式对四个可控减振器的阻尼系数进行调控；所述俯仰阻尼系数调控表达式包括用于对位于前悬架左侧的可控减振器进行调控的第一俯仰阻尼系数调控表达式、用于对位于前悬架右侧的可控减振器进行调控的第二俯仰阻尼系数调控表达式、用于对位于后悬架左侧的可控减振器进行调控的第三俯仰阻尼系数调控表达式和用于对位于后悬架右侧的可控减振器进行调控的第四俯仰阻尼系数调控表达式；
所述第一俯仰阻尼系数调控表达式为：
Figure FDA0002835617570000031
其中，cfl-pitch为位于前悬架左侧的可控减振器对应的第一俯仰阻尼系数；α为前、后悬架的阻尼力矩分配系数；Cpitch为俯仰阻尼系数；
Figure FDA0002835617570000032
为车身俯仰角速度；L为轴距；
Figure FDA0002835617570000033
为位于前悬架左侧的可控减振器对应的车身垂向速度；
Figure FDA0002835617570000034
为位于前悬架左侧的可控减振器对应的车轮垂向速度；cmin为预设最小阻尼系数；
所述第二俯仰阻尼系数调控表达式为：
Figure FDA0002835617570000035
其中，cfr-pitch为位于前悬架右侧的可控减振器对应的第二俯仰阻尼系数；
Figure FDA0002835617570000036
为位于前悬架右侧的可控减振器对应的车身垂向速度；
Figure FDA0002835617570000037
为位于前悬架右侧的可控减振器对应的车轮垂向速度；
所述第三俯仰阻尼系数调控表达式为：
Figure FDA0002835617570000038
其中，crl-pitch为位于后悬架左侧的可控减振器对应的第三俯仰阻尼系数；
Figure FDA0002835617570000039
为位于后悬架左侧的可控减振器对应的车身垂向速度；
Figure FDA00028356175700000310
为位于后悬架左侧的可控减振器对应的车轮垂向速度；
所述第四俯仰阻尼系数调控表达式为：
Figure FDA0002835617570000041
其中，crr-pitch为位于后悬架右侧的可控减振器对应的第四俯仰阻尼系数；
Figure FDA0002835617570000042
为位于后悬架右侧的可控减振器对应的车身垂向速度；
Figure FDA0002835617570000043
为位于后悬架右侧的可控减振器对应的车轮垂向速度。
5.如权利要求4所述的一种整车协调控制方法，其特征在于，所述利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控具体包括：所述侧倾控制模块根据侧倾阻尼系数调控表达式对四个可控减振器的阻尼系数进行调控；所述侧倾阻尼系数调控表达式包括用于对位于前悬架左侧的可控减振器进行调控的第一侧倾阻尼系数调控表达式、用于对位于前悬架右侧的可控减振器进行调控的第二侧倾阻尼系数调控表达式、用于对位于后悬架左侧的可控减振器进行调控的第三侧倾阻尼系数调控表达式和用于对位于后悬架右侧的可控减振器进行调控的第四侧倾阻尼系数调控表达式；
所述第一侧倾阻尼系数调控表达式为：
Figure FDA0002835617570000044
其中，cfl-roll为位于前悬架左侧的可控减振器对应的第一侧倾阻尼系数；Croll1为车头的侧倾阻尼系数；
Figure FDA0002835617570000045
为车身侧倾角速度；W1为前轮轮距；
所述第二侧倾阻尼系数调控表达式为：
Figure FDA0002835617570000046
其中，cfr-roll为位于前悬架右侧的可控减振器对应的第二侧倾阻尼系数；
所述第三侧倾阻尼系数调控表达式为：
Figure FDA0002835617570000051
其中，crl-roll为位于后悬架左侧的可控减振器对应的第三侧倾阻尼系数；Croll2为车尾的侧倾阻尼系数；W2为后轮轮距；
所述第四侧倾阻尼系数调控表达式为：
Figure FDA0002835617570000052
其中，crr-roll为位于后悬架右侧的可控减振器对应的第四侧倾阻尼系数。
6.如权利要求5所述的一种整车协调控制方法，其特征在于，所述综合利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块和基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控具体包括：
根据所述俯仰阻尼系数调控表达式，利用所述俯仰控制模块计算得到第一俯仰阻尼系数、第二俯仰阻尼系数、第三俯仰阻尼系数和第四俯仰阻尼系数；
根据所述侧倾阻尼系数调控表达式，利用所述侧倾控制模块计算得到第一侧倾阻尼系数、第二侧倾阻尼系数、第三侧倾阻尼系数和第四侧倾阻尼系数；
分别对所述第一俯仰阻尼系数和所述第一侧倾阻尼系数、所述第二俯仰阻尼系数和所述第二侧倾阻尼系数、所述第三俯仰阻尼系数和所述第三侧倾阻尼系数以及所述第四俯仰阻尼系数和所述第四侧倾阻尼系数进行加权叠加，得到第一阻尼系数、第二阻尼系数、第三阻尼系数和第四阻尼系数；
根据所述第一阻尼系数、所述第二阻尼系数、所述第三阻尼系数和所述第四阻尼系数，分别对四个可控减振器的阻尼系数进行调控。
7.如权利要求5所述的一种整车协调控制方法，其特征在于，所述综合利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块和基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控具体包括：
根据所述俯仰阻尼系数调控表达式，利用所述俯仰控制模块计算得到第一俯仰阻尼系数、第二俯仰阻尼系数、第三俯仰阻尼系数和第四俯仰阻尼系数；
根据所述侧倾阻尼系数调控表达式，利用所述侧倾控制模块计算得到第一侧倾阻尼系数、第二侧倾阻尼系数、第三侧倾阻尼系数和第四侧倾阻尼系数；
分别以所述第一俯仰阻尼系数和所述第一侧倾阻尼系数中、所述第二俯仰阻尼系数和所述第二侧倾阻尼系数中、所述第三俯仰阻尼系数和所述第三侧倾阻尼系数中以及所述第四俯仰阻尼系数和所述第四侧倾阻尼系数中的最大值作为第一阻尼系数、第二阻尼系数、第三阻尼系数和第四阻尼系数；
根据所述第一阻尼系数、所述第二阻尼系数、所述第三阻尼系数和所述第四阻尼系数，分别对四个可控减振器的阻尼系数进行调控。
8.如权利要求5所述的一种整车协调控制方法，其特征在于，所述综合利用基于转矩阻尼控制的侧倾控制模块和基于转矩阻尼控制的俯仰控制模块对四个可控减振器的阻尼系数进行调控具体包括：
判断
Figure FDA0002835617570000061
是否大于0，
Figure FDA0002835617570000062
是否大于0；
在
Figure FDA0002835617570000063
或
Figure FDA0002835617570000064
时，以预设最大阻尼系数作为第一阻尼系数对位于前悬架左侧的可控减振器的阻尼系数进行调控；否则，以预设最小阻尼系数作为第一阻尼系数对位于前悬架左侧的可控减振器的阻尼系数进行调控；
判断
Figure FDA0002835617570000065
是否大于0，
Figure FDA0002835617570000066
是否小于0；
在
Figure FDA0002835617570000067
或
Figure FDA0002835617570000068
时，以预设最大阻尼系数作为第二阻尼系数对位于前悬架右侧的可控减振器的阻尼系数进行调控；否则，以预设最小阻尼系数作为第二阻尼系数对位于前悬架右侧的可控减振器的阻尼系数进行调控；
判断
Figure FDA0002835617570000069
是否小于0，
Figure FDA00028356175700000610
是否大于0；
在
Figure FDA00028356175700000611
或
Figure FDA00028356175700000612
时，以预设最大阻尼系数作为第三阻尼系数对位于后悬架左侧的可控减振器的阻尼系数进行调控；否则，以预设最小阻尼系数作为第三阻尼系数对位于后悬架左侧的可控减振器的阻尼系数进行调控；
判断
Figure FDA00028356175700000613
是否小于0，
Figure FDA00028356175700000614
是否小于0；
在
Figure FDA00028356175700000615
或
Figure FDA00028356175700000616
时，以预设最大阻尼系数作为第四阻尼系数对位于后悬架右侧的可控减振器的阻尼系数进行调控；否则，以预设最小阻尼系数作为第四阻尼系数对位于后悬架右侧的可控减振器的阻尼系数进行调控。
9.如权利要求3所述的一种整车协调控制方法，其特征在于，所述利用四个悬架垂向控制模块分别对四个可控减振器的阻尼系数进行调控具体包括：四个所述悬架垂向控制模块通过天棚控制算法或频域控制算法分别对四个可控减振器的阻尼系数进行调控。
10.如权利要求3所述的一种整车协调控制方法，其特征在于，所述利用四个悬架垂向控制模块分别对四个可控减振器的阻尼系数进行调控具体包括：
每一个所述悬架垂向控制模块判断其所对应悬架的动行程均方根值是否大于悬架极限许用行程的三分之一，得到第三判断结果；
所述悬架垂向控制模块判断车辆速度是否小于预设速度，得到第四判断结果；
当所述第三判断结果为是且所述第四判断结果为是时，所述悬架垂向控制模块通过天棚控制算法对与其相连接的可控减振器的阻尼系数进行调控；否则，所述悬架垂向控制模块通过频域控制算法对与其相连接的可控减振器的阻尼系数进行调控。
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