CN114683795B - 一种路面自适应半主动悬架控制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种路面自适应半主动悬架控制方法和系统，方法包括以下步骤：步骤一、根据被控汽车的运行参数计算出当前路面的路面不平度参数；步骤二、根据步骤一中计算出的路面不平度参数，计算出可调阻尼减振器的等效阻尼系数优化值；步骤三、根据步骤二中计算出的可调阻尼减振器的等效阻尼系数优化值调整可调阻尼减振器驱动控制单元的电流或电磁。系统包括路面不平度参数检测模块、可调阻尼减振器等效阻尼系数最优值计算模块和可调阻尼减振器最优电流或电磁输出模块。本发明能自适应路面不平度系数和频率指数，在整个频域内和道路条件下，引入整车乘坐舒适性和行驶安全性的权重，加强路面激励频带区间与悬架响应频带区间的对应关系。
Description
技术领域
本发明涉及汽车，具体涉及一种路面自适应半主动悬架控制方法和系统。
背景技术
传统的被动悬架调校，通过优化弹簧刚度和匹配减振器阻尼，实现整车乘坐舒适和行驶安全性的最优，但被动悬架始终面临两个矛盾：(1)舒适性与行驶安全性的矛盾；(2)舒适性与悬架动行程的矛盾。
为了改善悬架综合性能，主动悬架通过高带宽作动器，可同时提升乘坐舒适性和行驶安全性，但主动悬架存在生产成本高、耗能大、系统复杂及可靠性差等问题。对此，半主动悬架采用阻尼可调的减振器，可近乎实现主动悬架的性能，但在成本、能耗、复杂程度和可靠性方面均优于主动悬架，越来越受汽车厂商的青睐。
半主动悬架系统包括硬件和软件部分：前者指阻尼可调减振器，如场效应减振器(磁流变减振器、电流变减振器)、阀控减振器(电磁阀控减振器、磁流变阀控减振器)；后者指控制算法，如天棚控制算法、地棚控制算法、加速度阻尼控制算法、最优控制和鲁棒控制等。
目前，半主动悬架开发，多是在路面不平度已知下进行的，且偏于控制算法研究，但实际上，作为控制环节的重要一环，路面不平度是否准确有效至关重要，因此，基于路面不平度识别的半主动悬架控制已成为重要研究方向，其更为清晰地诠释了车辆乘坐舒适性和行驶安全性的权重，同时，将悬架系统响应的频率区间与路面波长成分关联了起来。
路面不平度识别包括路面激励时域模型识别和频域模型识别，时域模型识别(如激光扫描、神经网络方法、深度学习等)存在计算速度慢、算力要求高等问题，若搭配场效应减振器，会进一步提升半主动悬架开发成本；路面激励频域模型识别是基于随机统计理论，对可调阻尼减振器响应速度要求低，且成本低；因此，路面激励频域模型识别加阀控减振器，在半主动悬架开发方案选定中优势明显。当前，路面激励频域模型识别仅识别路面不平度系数，从而确定路面等级，但实际上，频率指数决定了路面不平度中波长成分的分布，却很少被考虑，导致难以在路面激励频带区间与悬架响应频带区间之间建立对应关系，如申请号为CN201310111507.X的中国专利申请中所提出的汽车半主动悬架系统的频域控制方法就存在上述的问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种路面自适应半主动悬架控制方法和系统，能自适应路面不平度系数和频率指数，加强路面激励频带区间与悬架响应频带区间的对应关系。
本发明所述的一种路面自适应半主动悬架控制方法，包括以下步骤：
步骤一、根据被控汽车的运行参数计算出当前路面的路面不平度参数，被控汽车的运行参数包括被汽车振动响应量和可调阻尼减振器在某固定电流或电磁值下的阻尼系数，路面不平度参数包括频率指数和路面不平度系数；
步骤二、根据所述步骤一中计算出的路面不平度参数，计算出可调阻尼减振器的等效阻尼系数优化值；
步骤三、根据所述步骤二中计算出的可调阻尼减振器的等效阻尼系数优化值调整可调阻尼减振器驱动控制单元的电流或电磁。
可选的，所述步骤一包括以下步骤：
步骤101、在被控汽车行驶过程中，测量被控汽车在车速u时的汽车振动响应量，读取被控汽车在车速u时的可调阻尼减振器在某固定电流或电磁值下的阻尼系数；
步骤102、将所述步骤101中测得的汽车振动响应量和读取的可调阻尼减振器在某固定电流或电磁值下的阻尼系数别代入第一回归模型和第二回归模型，分别计算出待识别路面的第一频域广义国际平整度指数IRIE1'和第二频域广义国际平整度指数IRIE2'；
步骤103、根据第一频域广义国际平整度指数IRIE1'和第二频域广义国际平整度指数IRIE2'计算出当前路面的频率指数W和路面不平度系数Gq(n0)；
其中，第一回归模型为第一时域广义国际不平度指数IRIE1、可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数和汽车振动响应量的回归模型，第一时域广义国际不平度指数IRIE1为标定路面上车速u1对应的时域广义国际平整度指数；
第二回归模型为第二时域广义国际不平度指数IRIE2、可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数和汽车振动响应量的回归模型，第二时域广义国际不平度指数IRIE2为标定路面上车速u2对应的时域广义国际平整度指数，u1≠u2。
可选的，所述步骤103中，频率指数W满足：
路面不平度系数Gq(n0)满足：
其中，F(Gq(n0),W)满足：
或/>
F(W)满足：
其中，n0为参考空间频率，n0＝0.1m-1，为黄金车辆的簧载质量与非簧载质量相对垂直速度的频率响应函数，f为时间频率，fl为时间频率下限，fu时间频率上限；
黄金车辆模型满足：
其中，ms和mu分别为黄金车辆的簧载质量和非簧载质量，ks和kt分别为黄金车辆的悬架刚度和轮胎刚度，cs为黄金车辆的悬架阻尼。
可选的，所述第一回归模型和所述第二回归模型的建立方法包括以下步骤：
步骤aa、测量标定路面的路面不平度空间域数据；
步骤bb、基于标定路面的路面不平度空间域数据，计算车速u1对应的第一时域广义国际平整度指数IRIE1和车速u2对应的第二时域广义国际平整度指数IRIE2；
步骤cc、在标定路面上，测量被控汽车在车速u时，被控汽车的可调阻尼减振器在一固定电流或电磁值下的阻尼系数对应的单位行驶里程内前悬架动行程累积值和前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值；
步骤dd、调整被控汽车的可调阻尼减振器，然后测量被控汽车在车速u时，被控汽车的可调阻尼减振器在另一固定电流或电磁值下的阻尼系数对应的单位行驶里程内前悬架动行程累积值和前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值；
步骤ee、建立第一时域广义国际平整度指数IRIE1、可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数和前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值的第一回归模型；建立第二时域广义国际平整度指数IRIE2、可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数和单位行驶里程内前悬架动行程累积值的第二回归模型。
可选的，u1＝40km/h，u2＝80km/h，u＝80km/h。
可选的，所述第一回归模型满足：
其中，为被控汽车的前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值，cp为可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数。
可选的，所述第二回归模型满足：
IRIE2＝-2011.5cfd 2+23.56cp 2+85.5cfd+1052.5cp+312.6cfd·cp-0.68，R＝0.997；
其中，cfd为被控汽车的单位行驶里程内前悬架动行程累积值，cp为可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数。
可选的，所述时域广义国际平整度指数IRIEi满足：
其中，L为汽车行驶的总距离；和/>分别为黄金车辆的簧载质量和非簧载质量的垂直速度，t是汽车行驶时间的函数。
可选的，所述频域广义国际平整度指数IRIEi'满足：
其中，为黄金车辆的簧载质量与非簧载质量相对垂直速度的频率响应函数，f为时间频率，fl为时间频率下限，fu为时间频率上限，Gq(n0)为路面不平度系数，W为频率指数，n0为参考空间频率。
可选的，可调阻尼减振器的等效阻尼系数优化值的计算方法包括以下步骤：
步骤aaa、建立半主动悬架的力学模型；
步骤bbb、建立半主动悬架的数学模型；
步骤ccc、基于所述步骤一中计算出的路面不平度参数，在整个频域内，建立目标函数，确定优化变量和约束方程，采用多目标优化方法，计算可调阻尼减振器的等效阻尼系数优化值。
可选的，所述步骤ccc中，目标函数包括车身垂向加速度均方根值、悬架动挠度均方根值和车轮相对动载均方根值。
可选的，在半主动悬架的数学模型中，半主动悬架控制算法为等效改进型天棚控制，其提供的等效阻尼系数μsky为：
控制策略为：
其中，cps为等效的被动阻尼系数，csky为天棚阻尼，为被控汽车的簧载质量的垂向速度，/>为被控汽车的非簧载质量的垂向速度，cmax可调阻尼减振器最小阻尼值，cmin可调阻尼减振器最小阻尼值。
可选的，所述步骤ccc中，目标函数为：
其中，r1、r2和r3分别是被控汽车的车身垂向加速度均方根值的权重系数、悬架动挠度均方根值/>的权重系数和车轮相对动载均方根值/>的权重系数；
优化变量为：
cps (L)≤cps≤cps (U)，csky (L)≤csky≤csky (U)；
其中，cps (L)、cps (U)和csky (L)、csky (U)分别表示cps和csky的上下限；
约束方程为：
可控阻尼力满足：
其中，为被控汽车的悬架动挠度速度均方根值，/>为被控汽车的车身绝对速度均方根值，Freal_out_max为减振器最大阻尼力，Freal_out_min为减振器最小阻尼力；
被控汽车的悬架动行程均方根值满足：
被控汽车的车轮相对动载均方根值满足：
可选的，所述步骤ccc中，采用的多目标优化方法为邻域培植多目标遗传算法。
本发明还提出了一种路面自适应半主动悬架控制系统，包括路面不平度参数检测模块、可调阻尼减振器等效阻尼系数最优值计算模块和可调阻尼减振器最优电流或电磁输出模块，
路面不平度参数检测模块用于检测被控汽车的运行参数，被控汽车的运行参数包括汽车振动响应量和可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数；
可调阻尼减振器等效阻尼系数最优值计算模块用于根据被控汽车的运行参数计算出当前路面的路面不平度参数，并根据当前路面的路面不平度参数计算出可调阻尼减振器等效阻尼系数优化值；
可调阻尼减振器最优电流或电磁输出模块用于将可调阻尼减振器等效阻尼系数最优值转化成最优电流或电磁转化以及控制可调阻尼减振器作动。
本发明能自适应路面不平度系数(路面等级)和频率指数，同时，在整个频域内和道路条件(路面不平度系数、频率指数)下，引入整车乘坐舒适性和行驶安全性的权重，加强了路面激励频带区间与悬架响应频带区间的对应关系。
本发明采用的路面不平度识别方法能同时识别路面不平度系数和频率指数，且对悬架阻尼具有适应性，该识别方法大幅降低了数据运算量、提高了在线识别效率、可实现在线识别、能够直接用于半主动悬架控制研究。
本发明将频率指数引入到半主动悬架控制中，频率指数反映了路面不平度波长成分的分布，克服了以往半主动悬架研究中，建立路面激励频带区间与悬架响应频带区间对应关系存在的不足。
本发明在半主动悬架控制算法开发中引入了乘坐舒适性和行驶安全性权重系数，这些权重系数与识别的路面不平度系数和频率指数密切相关，相较于以往半主动悬架控制算法，本发明所采用的半主动悬架控制算法对路面不平度系数和频率指数的自适应更强。
本发明提供的半主动悬架控制算法，应用了随机统计理论，大大降低了对可调阻尼减振器实时响应的要求，可应用于阀控减振器，减少了半主动悬架系统开发成本，此外，其算法开发可在线进行也可离线进行，较为灵活。
附图说明
图1为具体实施方式中所述的路面自适应半主动悬架控制方法的流程图；
图2为具体实施方式中所述的路面不平度识别流程图；
图3为具体实施方式中所述的黄金车辆模型；
图4为具体实施方式中所述的理想改进型天棚控制模型；
图5为具体实施方式中所述的等效改进型天棚控制模型；
图6为具体实施方式中所述的车身垂向加速度增益曲线对比图；
图7为具体实施方式中所述的悬架动挠度增益曲线对比图；
图8为具体实施方式中所述的车轮相对动载增益曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示的一种路面自适应半主动悬架控制方法，包括以下步骤：
步骤一、根据被控汽车的运行参数计算出当前路面的路面不平度参数，被控汽车的运行参数包括被汽车振动响应量和可调阻尼减振器在某固定电流或电磁值下的阻尼系数，某固定电流或电磁值可以为预先设定的参数，路面不平度参数包括频率指数和路面不平度系数；在具体实施时，根据被控汽车的运行参数和黄金车辆模型振动响应参数之间的映射关系以及被控汽车的运行参数计算出当前路面的路面不平度参数，黄金车辆模型振动响应参数包括第一时域广义国际不平度指数、第二时域广义国际不平度指数、第一频域广义国际不平度指数和第二频域广义国际不平度指数；
步骤二、根据所述步骤一中计算出的路面不平度参数，计算出可调阻尼减振器的等效阻尼系数优化值；
步骤三、根据所述步骤二中计算出的可调阻尼减振器的等效阻尼系数优化值调整可调阻尼减振器驱动控制单元的电流或电磁。
如图2示，路面不平度识别包含两个阶段，即训练阶段和识别阶段，训练阶段用于建立被控汽车的运行参数和黄金车辆模型振动响应参数之间的映射关系，识别阶段基于训练阶段获取的被控汽车的运行参数和黄金车辆模型振动响应参数之间的映射关系，结合被控汽车在当前路面上测量的汽车振动响应量和可调阻尼减振器在某固定电流或电磁值下的阻尼系数，求取当前路面的第一时域广义国际平整度指数IRIE1和第二时域广义国际平整度指数IRIE2，进而求取当前路面的路面不平度系数和频率指数，到达识别路面不平度的目的。
在具体实施时，建立被控汽车的运行参数和黄金车辆模型振动响应参数之间的映射关系的过程如下：在标定路面上，计算两个不同车速u1和u2对应的第一时域广义国际平整度指数IRIE1和第二时域广义国际平整度指数IRIE2；测量被控汽车在车速u时的汽车振动响应量，读取被控汽车在车速u时的可调阻尼减振器在某固定电流或电磁值下的阻尼系数，建立第一时域广义国际平整度指数IRIE1、可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数和前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值的第一回归模型；建立第二时域广义国际平整度指数IRIE2、可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数和单位行驶里程内前悬架动行程累积值的第二回归模型。
在国际平整度指数(International Roughness Index)定义中，采用了“黄金车辆”模型(1/4车辆模型)，其模型参数如图3所示，图3中各个参数代表的意义为：ms和mu分别为黄金车辆的簧载质量和非簧载质量，ks和kt分别为黄金车辆的悬架刚度和轮胎刚度，cs为黄金车辆的悬架阻尼，zs和zu分别为黄金车辆的簧载质量和非簧载质量的垂直位移，μ为黄金车辆簧载质量与非簧载质量的比值，c为黄金车辆悬架刚度与簧载质量的比值，q为路面不平度激励，k1为黄金车辆轮胎刚度与簧载质量的比值，k2为黄金车辆悬架刚度与簧载质量的比值；黄金车辆模型满足：
针对国际平整度指数的定义中，车速固定为80km/h，现对其拓展，定义任意固定车速ui下的国际平整度指数为广义国际平整度指数，其时域数学表达式为：
其中，IRIEi为时域广义国际平整度指数，L为汽车行驶的总距离；和/>分别为黄金车辆的簧载质量和非簧载质量的垂直速度，t是汽车行驶时间的函数。
在一些实施例中，汽车振动响应量包括单位行驶里程内前悬架动行程累积值、单位行驶里程内后悬架动行程累积值、前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值、后轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值中的一个或多个。
具体的，建立上述的第一回归模型和第二回归模型的建立方法包括以下步骤：
步骤aa、在标定路面上，采用诸如激光断面仪的设备，测量标定路面的路面不平度空间域数据；
步骤bb、基于标定路面的路面不平度空间域数据，计算车速u1＝40km/h对应的第一时域广义国际平整度指数IRIE1和车速u2＝80km/h对应的第二时域广义国际平整度指数IRIE2；
步骤cc、在标定路面上，测量被控汽车以固定车速u＝80km/h行驶，被控汽车的减振器在某一个固定阻尼系数(减振器可以采用可调阻尼减振器或被动减振器)对应的单位行驶里程内前悬架动行程累积值和前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值；
步骤dd、调整被控汽车的减振器的阻尼系数，然后测量被控汽车在车速u时，被控汽车的减振器在另一个固定阻尼系数对应的单位行驶里程内前悬架动行程累积值和前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值；减振器为可调阻尼减振器时可直接调整电流或电磁值来调整可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数，减振器为被动减振器时可以通过更换被动减振器来调整阻尼系数；
步骤ee、建立第一时域广义国际平整度指数IRIE1、可调阻尼减振器的等效阻尼系数和前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值的第一回归模型；建立第二时域广义国际平整度指数IRIE2、可调阻尼减振器的等效阻尼系数和单位行驶里程内前悬架动行程累积值的第二回归模型。
基于某被控汽车，在被控汽车的减振器变换了多组阻尼后，建立第一回归模型为：
其中，为被控汽车的前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值，cp为可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数。
建立第二回归模型为：
IRIE2＝-2011.5cfd 2+23.56cp 2+85.5cfd+1052.5cp+312.6cfd·cp-0.68，R＝0.997(3)
其中，为cfd为被控汽车的单位行驶里程内前悬架动行程累积值，cp为可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数。
在本实施例中，步骤一包括以下步骤：
步骤101、在被控汽车行驶过程中，测量被控汽车在车速u时的汽车振动响应量，读取被控汽车在车速u时的可调阻尼减振器在某固定电流或电磁值下的阻尼系数，设置采样频率为100Hz，测量的汽车振动响应量为被控汽车的前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值和单位行驶里程内前悬架动行程累积值；
步骤102、将步骤101中测得的汽车振动响应量及读取的可调阻尼减振器在某固定电流或电磁值下的阻尼系数分别代入第一回归模型和第二回归模型，分别计算出待识别路面的第一频域广义国际平整度指数IRIE1'和第二频域广义国际平整度指数IRIE2'；
频域广义国际平整度指数为：
其中，为黄金车辆的簧载质量与非簧载质量相对垂直速度的频率响应函数，f为时间频率，fl为时间频率下限，fu为时间频率上限，Gq(n0)为路面不平度系数，W为频率指数，n0为参考空间频率；
黄金车辆的簧载质量与非簧载质量相对垂直速度的频率响应函数的具体表达式为：
其中，j为虚数单位；μ为黄金车辆的簧载质量与非簧载质量的比值；c为黄金车辆的悬架刚度与簧载质量的比值；k1为黄金车辆的轮胎刚度与簧载质量的比值；k2为黄金车辆的悬架刚度与簧载质量的比值。
步骤103、根据第一频域广义国际平整度指数IRIE1'和第二频域广义国际平整度指数IRIE2'计算出当前路面的频率指数W和路面不平度系数Gq(n0)；
在本实施例中，步骤103中，频率指数W满足：
路面不平度系数Gq(n0)满足：
其中，F(Gq(n0),W)满足：
或
F(W)满足：
其中，n0为参考空间频率，n0＝0.1m-1，为黄金车辆的簧载质量与非簧载质量相对垂直速度的频率响应函数，f为时间频率，fl为时间频率下限，fu时间频率上限；
在具体实施时，可调阻尼减振器的等效阻尼系数优化值的计算方法包括以下步骤：
步骤aaa、建立半主动悬架的力学模型，如图4所示，基于被控汽车，建立理想改进型天棚控制半主动悬架的力学模型，其等效改进型天棚控制半主动悬架力学模型如图5所示，mps和mpu分别为被控汽车的簧载质量和非簧载质量，kps和kpt分别为被控汽车的悬架刚度和轮胎刚度，cps为等效的被动阻尼系数，csky为天棚阻尼，μsky为可变的等效阻尼，zps和zpu分别为被控汽车的簧载质量和非簧载质量的垂直位移。
步骤bbb、建立半主动悬架的数学模型，
基于图4和图5中的力学模型，建立其动力学微分方程为：
因此，等效改进型天棚控制可变的等效阻尼系数μsky为：
控制策略为：
其中，cps为等效的被动阻尼系数，csky为天棚阻尼，为被控汽车的簧载质量的垂向速度，/>为被控汽车的非簧载质量的垂向速度，cmax可调阻尼减振器最小阻尼值，cmin可调阻尼减振器最小阻尼值。
步骤ccc、基于步骤一中计算出的路面不平度参数，建立目标函数，确定优化变量和约束方程，在整个频域内，采用多目标优化方法，计算可调阻尼减振器等效阻尼系数优化值。在一些实施例中，目标函数包括车身垂向加速度均方根值、悬架动挠度均方根值和车轮相对动载均方根值。
根据式(13)，构建考虑路面不平度、车辆乘坐舒适性和行驶安全性的等效阻尼为：
其中，和/>分别为被控汽车的车身垂向加速度均方根值、悬架动挠度均方根值和车轮相对动载均方根值。
等效改进型天棚控制的阻尼力uout为：
其中，cmin为可调阻尼减振器最小阻尼值。
构建路面自适应半主动悬架的优化目标为：
其中，r1、r2和r3分别是被控汽车的车身垂向加速度均方根值的权重系数、悬架动挠度均方根值/>的权重系数和车轮相对动载均方根值/>的权重系数；以某被控汽车为例，取值如表1所示。
表1权重系数与路面不平度统计参数的关系
在一些实施例中，步骤ccc中，优化变量为：
cps (L)≤cps≤cps (U)，csky (L)≤csky≤csky (U) (18)
其中，cps (L)、cps (U)和csky (L)、csky (U)分别表示cps和csky的上下限；
约束方程为：
1)可控阻尼力满足：
其中，为被控汽车的悬架动挠度速度均方根值，/>为被控汽车的车身绝对速度均方根值，Freal_out_max为减振器最大阻尼力，Freal_out_min为减振器最小阻尼力；
2)为了减小撞击缓冲块的概率，被控汽车的悬架动行程均方根值满足：
3)为了减小轮胎离地的概率，被控汽车的车轮相对动载均方根值满足：/>
采用邻域培植多目标遗传优化方法，不同路面不平度系数和频率指数组合下，确定的可调阻尼减振器的阻尼系数优化值，以某被控汽车为例，路面不平度系数和频率指数组合与可调阻尼减振器的阻尼系数优化值的对应关系如表2所示。
表2路面不平度系数和频率指数组合与可调阻尼减振器的阻尼系数优化值的对应关系如表
本发明还提出了一种路面自适应半主动悬架控制系统，该路面自适应半主动悬架控制系统能执行上述任一项所述的路面自适应半主动悬架控制方法，路面自适应半主动悬架控制系统包括路面不平度参数检测模块、可调阻尼减振器等效阻尼系数最优值计算模块和可调阻尼减振器最优电流或电磁输出模块，各个模块的实现方法可存储在半主动悬架控制器内，结合可调阻尼减振器驱动单元硬件，实现半主动悬架控制；
路面不平度参数检测模块用于检测被控汽车的运行参数，被控汽车的运行参数包括被汽车振动响应量和可调阻尼减振器固定电流或电磁值下的阻尼系数，路面不平度参数检测模块收集用于检测被控汽车的运行参数的传感器的参数，例如检测单位行驶里程内前悬架动行程、单位行驶里程内后悬架动行程累、前轴非簧载质量质心垂直加速度和后轴非簧载质量质心垂直加速度的传感器；
可调阻尼减振器等效阻尼系数最优值计算模块用于根据被控汽车的运行参数计算出当前路面的路面不平度参数，并根据当前路面的路面不平度参数计算出可调阻尼减振器等效阻尼系数优化值；
可调阻尼减振器最优电流或电磁输出模块包括可调阻尼减振器逆模型、电流或电磁驱动单元，能够根据可调阻尼减振器等效阻尼系数最优值，结合阀控电流(电磁)与可调阻尼减振器等效阻尼系数的关系，输出最优电流(电磁)，可调阻尼减振器执行。
该控制系统下可调阻尼减振器作用分为两个部分，在路面不平度参数识别阶段和回归模型标定阶段，可调阻尼减振器相当于一个被动减振器仅输出一个固定的阻尼系数，在半主动悬架控制阶段，可调阻尼减振器参与半主动悬架控制，是连续可调的。
某被控汽车1/4模型参数如表3所示。
表3某被控汽车系统参数
| 参数 | 值 |
| 簧载质量(mps) | 412.5(kg) |
| 非簧载质量(mpu) | 51(kg) |
| 悬架垂向刚度(kps) | 43.3(kN/m) |
| 轮胎垂向刚度(kpt) | 210(kN/m) |
| 悬架最大行程(zps-zpu) | 91(mm) |
| 被动悬架阻尼(cps) | 2000(Ns/m) |
| 减振器最小阻尼(cmin) | 10(Ns/m) |
| 减振器最大阻尼力(Freal_out_max) | 4500(N) |
| 减振器最小阻尼力(Freal_out_min) | -4500(N) |
基于上述的某被控汽车，采用本发明所述的半主动悬架控制系统和采用被动悬架的车身垂向加速度、悬架动挠度、车轮相对动载均方根值的对比如表4所示。
表4采用本发明所述的半主动悬架控制系统和采用被动悬架系统性能对比表
/>
图6、图7和图8分别为采用本发明所述的半主动悬架控制系统和采用被动悬架在B级路面，频率指数分别为1.5、2.0和2.5下的车身垂向加速度增益曲线、悬架动挠度增益曲线和车轮相对动载增益曲线对比图。
Claims (13)
1.一种路面自适应半主动悬架控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据被控汽车的运行参数计算出当前路面的路面不平度参数，被控汽车的运行参数包括汽车振动响应量和可调阻尼减振器在某固定电流或电磁值下的阻尼系数，路面不平度参数包括频率指数和路面不平度系数；
步骤二、根据所述步骤一中计算出的路面不平度参数，计算出可调阻尼减振器的等效阻尼系数优化值；
步骤三、根据所述步骤二中计算出的可调阻尼减振器的等效阻尼系数优化值调整可调阻尼减振器驱动控制单元的电流或电磁；
所述步骤一包括以下步骤：
步骤101、在被控汽车行驶过程中，测量被控汽车在车速u时的汽车振动响应量，读取被控汽车在车速u时的可调阻尼减振器在某固定电流或电磁值下的阻尼系数；
步骤102、将所述步骤101中测得的汽车振动响应量和读取的可调阻尼减振器在某固定电流或电磁值下的阻尼系数别代入第一回归模型和第二回归模型，分别计算出待识别路面的第一频域广义国际平整度指数IRIE1'和第二频域广义国际平整度指数IRIE2'；
步骤103、根据第一频域广义国际平整度指数IRIE1'和第二频域广义国际平整度指数IRIE2'计算出当前路面的频率指数W和路面不平度系数Gq(n0)；
其中，第一回归模型为第一时域广义国际平整度指数IRIE1、可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数和汽车振动响应量的回归模型，第一时域广义国际平整度指数IRIE1为标定路面上车速u1对应的时域广义国际平整度指数；
第二回归模型为第二时域广义国际平整度指数IRIE2、可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数和汽车振动响应量的回归模型，第二时域广义国际平整度指数IRIE2为标定路面上车速u2对应的时域广义国际平整度指数，u1≠u2；
所述第一回归模型满足：
其中，为被控汽车的前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值，cp为可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数。
2.根据权利要求1所述的路面自适应半主动悬架控制方法，其特征在于，所述步骤103中，频率指数W满足：
路面不平度系数Gq(n0)满足：
其中，F(Gq(n0),W)满足：
或/>
F(W)满足：
其中，n0为参考空间频率，n0＝0.1m-1，为黄金车辆的簧载质量与非簧载质量相对垂直速度的频率响应函数，f为时间频率，fl为时间频率下限，fu时间频率上限；
黄金车辆模型满足：
其中，ms和mu分别为黄金车辆的簧载质量和非簧载质量，ks和kt分别为黄金车辆的悬架刚度和轮胎刚度，cs为黄金车辆的悬架阻尼。
3.根据权利要求1所述的路面自适应半主动悬架控制方法，其特征在于，所述第一回归模型和所述第二回归模型的建立方法包括以下步骤：
步骤aa、测量标定路面的路面不平度空间域数据；
步骤bb、基于标定路面的路面不平度空间域数据，计算车速u1对应的第一时域广义国际平整度指数IRIE1和车速u2对应的第二时域广义国际平整度指数IRIE2；
步骤cc、在标定路面上，测量被控汽车在车速u时，被控汽车的可调阻尼减振器在一固定电流或电磁值下的阻尼系数对应的单位行驶里程内前悬架动行程累积值和前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值；
步骤dd、调整被控汽车的可调阻尼减振器，然后测量被控汽车在车速u时，被控汽车的可调阻尼减振器在另一固定电流或电磁值下的阻尼系数对应的单位行驶里程内前悬架动行程累积值和前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值；
步骤ee、建立第一时域广义国际平整度指数IRIE1、可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数和前轴非簧载质量质心垂直加速度均方根值的第一回归模型；建立第二时域广义国际平整度指数IRIE2、可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数和单位行驶里程内前悬架动行程累积值的第二回归模型。
4.根据权利要求1所述的路面自适应半主动悬架控制方法，其特征在于，u1＝40km/h，u2＝80km/h，u＝80km/h。
5.根据权利要求1所述的路面自适应半主动悬架控制方法，其特征在于，
所述第二回归模型满足：
IRIE2＝-2011.5cfd 2+23.56cp 2+85.5cfd+1052.5cp+312.6cfd·cp-0.68，R＝0.997；
其中，cfd为被控汽车的单位行驶里程内前悬架动行程累积值，cp为可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数。
6.根据权利要求1所述的路面自适应半主动悬架控制方法，其特征在于，
所述时域广义国际平整度指数IRIEi满足：
其中，L为汽车行驶的总距离；和/>分别为黄金车辆的簧载质量和非簧载质量的垂直速度，t是汽车行驶时间的函数。
7.根据权利要求1所述的路面自适应半主动悬架控制方法，其特征在于，
所述频域广义国际平整度指数IRIEi'满足：
其中，为黄金车辆的簧载质量与非簧载质量相对垂直速度的频率响应函数，f为时间频率，fl为时间频率下限，fu为时间频率上限，Gq(n0)为路面不平度系数，W为频率指数，n0为参考空间频率。
8.根据权利要求1所述的路面自适应半主动悬架控制方法，其特征在于，
可调阻尼减振器的等效阻尼系数优化值的计算方法包括以下步骤：
步骤aaa、建立半主动悬架的力学模型；
步骤bbb、建立半主动悬架的数学模型；
步骤ccc、基于所述步骤一中计算出的路面不平度参数，在整个频域内，建立目标函数，确定优化变量和约束方程，采用多目标优化方法，计算可调阻尼减振器的等效阻尼系数优化值。
9.根据权利要求8所述的路面自适应半主动悬架控制方法，其特征在于，所述步骤ccc中，目标函数包括车身垂向加速度均方根值、悬架动挠度均方根值和车轮相对动载均方根值。
10.根据权利要求8所述的路面自适应半主动悬架控制方法，其特征在于，
在半主动悬架的数学模型中，半主动悬架控制算法为等效改进型天棚控制，其提供的等效阻尼系数μsky为：
控制策略为：
其中，cps为等效的被动阻尼系数，csky为天棚阻尼，为被控汽车的簧载质量的垂向速度，/>为被控汽车的非簧载质量的垂向速度，cmax可调阻尼减振器最小阻尼值，cmin可调阻尼减振器最小阻尼值。
11.根据权利要求10所述的路面自适应半主动悬架控制方法，其特征在于，所述步骤ccc中，目标函数为：
其中，r1、r2和r3分别是被控汽车的车身垂向加速度均方根值的权重系数、悬架动挠度均方根值/>的权重系数和车轮相对动载均方根值/>的权重系数；
优化变量为：
cps (L)≤cps≤cps (U)，csky (L)≤csky≤csky (U)；
其中，cps (L)、cps (U)和csky (L)、csky (U)分别表示cps和csky的上下限；
约束方程为：
可控阻尼力满足：
其中，为被控汽车的悬架动挠度速度均方根值，/>为被控汽车的车身绝对速度均方根值，Freal_out_max为减振器最大阻尼力，Freal_out_min为减振器最小阻尼力；
被控汽车的悬架动行程均方根值满足：
被控汽车的车轮相对动载均方根值满足：
12.根据权利要求8所述的路面自适应半主动悬架控制方法，其特征在于，所述步骤ccc中，采用的多目标优化方法为邻域培植多目标遗传算法。
13.一种路面自适应半主动悬架控制系统，其特征在于，包括路面不平度参数检测模块、可调阻尼减振器等效阻尼系数最优值计算模块和可调阻尼减振器最优电流或电磁输出模块，
路面不平度参数检测模块用于检测被控汽车的运行参数，被控汽车的运行参数包括汽车振动响应量和可调阻尼减振器在固定电流或电磁值下的阻尼系数；
可调阻尼减振器等效阻尼系数最优值计算模块用于根据被控汽车的运行参数计算出当前路面的路面不平度参数，并根据当前路面的路面不平度参数计算出可调阻尼减振器等效阻尼系数优化值；
可调阻尼减振器最优电流或电磁输出模块用于将可调阻尼减振器等效阻尼系数最优值转化成最优电流或电磁转化以及控制可调阻尼减振器作动。
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