CN1749048A - 车速路面感应型汽车半主动悬架天棚阻尼控制算法 - Google Patents

Abstract

一种车速路面感应型汽车半主动悬架天棚阻尼控制算法，具体步骤如下：1)固定车速、不同路面等级下天棚阻尼控制系数的离线模拟结果确定；2)路面探测器根据簧载质量的垂向加速度和车速估计出路面的不平度等级；3)根据步骤1)离线模拟所确定的不同等级路面的控制优化增益，结合步骤2)确定的路面等级和车速，通过插值可获得当前路面和当前车速的天棚阻尼控制系数；4)估计簧载质量的垂向速度和簧载与非簧载质量间的相对速度；5)由步骤3)所计算的天棚阻尼控制系数和步骤4)所估算的簧载质量的垂向速度、簧载与非簧载质量间的相对速度值，得到所需的减振器阻尼力；6)根据减振器实验数据引入力饱和函数，对步骤5)所需的减振器阻尼力进行修正。

Description

车速路面感应型汽车半主动悬架天棚阻尼控制算法

技术领域

本发明涉及汽车的减振技术，特别是涉及一种汽车阻尼可调半主动悬架控制装置的天棚阻尼反馈控制技术。

背景技术

在汽车实际运行过程中，车速和路面总是千变万化的。对于目前已投入商业应用的汽车阻尼可调半主动悬架控制装置而言，必然要求其阻尼能随路面和车速的变化而变化，在改善乘座舒适性的同时，较好兼顾操纵稳定性要求。

天棚阻尼控制实质是一种对簧载质量绝对速度的反馈控制，其假想将减振器设置在簧载质量和惯性坐标(“天棚”)之间，来获得理想的减振力用以抑制簧载质量的绝对运动。只要合理选择天棚阻尼控制的参数，就能够有效降低簧载质量的共振峰值以获得良好的乘座舒适性，且该算法简单易实施且具有一定的鲁棒性，因而在汽车半主动悬架的实施中得到了广泛运用。但是天棚阻尼控制以牺牲轮胎的动态接地性能为代价来获取汽车的乘座舒适性，难以兼顾汽车行驶的操纵稳定性能，甚至在某些工况下，若天棚阻尼控制参数选择不当，会危及车辆行驶的安全。为同时改善车辆的操纵稳定性，就需要根据路面和车辆运行状况实时调整天棚阻尼控制系数。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能在改善车辆的乘座舒适性的同时，兼顾操纵稳定性的车速路面感应型汽车半主动悬架天棚阻尼控制算法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种车速路面感应型汽车半主动悬架天棚阻尼控制算法，具体步骤如下：

1)固定车速、不同路面等级下天棚阻尼控制系数的离线模拟结果确定：选定路面等级和几组天棚阻尼控制系数(取值应确保动态轮胎力始终小于静态轮胎力)，分别计算轮胎动载荷和簧载质量加速度响应的均方根值，通过统计、比较，选择较优的天棚阻尼控制系数作为不同路面等级下的天棚阻尼控制系数(控制器增益)；

2)路面探测器根据簧载质量(车体)的垂向加速度和车速估计出路面的不平度等级：考虑微控制器芯片的时钟频率和内存大小，以一定的采样频率和采样点数对簧载质量(车体)加速度信号进行采样和离散傅立叶变换处理，求得低、高阶主频处路面功率谱密度值，与步骤1)离线模拟计算结果值进行比较，确定路面等级范围；

3)在增益调整单元，根据步骤1)离线模拟所确定的不同等级路面的控制优化增益，结合步骤2)确定的路面等级和车速，通过插值可获得当前路面和当前车速的天棚阻尼控制系数(控制器增益)；

4)从可测量簧载质量(车体)的垂向加速度经状态观测器估计簧载质量的垂向速度和簧载与非簧载质量间的相对速度；

5)天棚阻尼控制的实现：由步骤3)所计算的天棚阻尼控制系数和步骤4)所估算的簧载质量的垂向速度、簧载与非簧载质量间的相对速度值，实施天棚阻尼控制算法，得到所需的减振器阻尼力；

6)控制量修正：根据减振器实验数据引入力饱和函数，对步骤5)所需的减振器阻尼力进行修正，保证控制量(减振器阻尼力)的可实施性；

所述天棚阻尼控制算法实现了路面的实时辨识，并根据路面辨识结果和当前车速对半主动悬架的天棚阻尼控制系数进行实时调整。

利用本发明提供的车速路面感应型汽车半主动悬架天棚阻尼控制算法，依据数字信号处理技术和车辆垂向运动特征，采用实时路面辨识算法，并结合车速信号所开发的增益可调天棚阻尼控制算法，为阻尼可调的半主动悬架的推广和普及奠定了基础。

附图说明

图1是本发明的汽车半主动悬架天棚阻尼控制算法的示意框图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似算法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

具有路面辨识和增益调整功能的半主动悬架控制系统框图如图1所示，状态观测器用以从可测量车体的垂向加速度估计簧载质量的垂向速度和簧载与非簧载质量间的相对速度。路面探测器根据车体的垂向加速度估计出路面的不平度等级，进而通过增益调整改变天棚控制阻尼系数，为保证控制量的可实施性，根据减振器实验数据引入力饱和函数。

本发明实施例所提供的一种车速路面感应型汽车半主动悬架天棚阻尼控制算法，参见图1所示，具体步骤如下：

1)固定车速、不同路面等级下天棚阻尼控制系数的离线模拟结果1确定：在固定车速下，选定路面等级和几组天棚阻尼控制系数(取值应确保动态轮胎力始终小于静态轮胎力)，分别计算轮胎动载荷和簧载质量加速度响应的均方根值，通过统计、比较，选择较优的天棚阻尼控制系数作为不同路面等级下的天棚阻尼控制系数(控制器增益)；

尽管路面不平度速度功率谱密度函数不随频率发生变化，即为“白噪声”。但其位移功率谱密度是车速的函数，根据路面不平度分级规则，并经过折算可知，一旦确定了某一固定车速时所有路面等级下的天棚阻尼控制增益，通过插值可确定任意速度、不同路面等级时的天棚阻尼控制系数；

2)路面探测器2根据簧载质量(车体)的垂向加速度和车速估计出路面的不平度等级：考虑微控制器芯片的时钟频率和内存大小，以一定的采样频率和采样点数对簧载质量(车体)加速度信号进行采样和离散傅立叶变换处理，求得低、高阶主频处路面功率谱密度值，与步骤1)离线模拟计算结果值进行比较，确定路面等级范围；

实际路面虽包括各种频率成分，但通过对幅频特性分析知，簧载质量加速度信号在低、高阶主频处将取得共振峰值，对簧载质量加速度信号进行采样和离散傅立叶变换处理，求得低、高阶主频处路面功率谱密度值，与离线模拟计算结果值进行比较，即可确定路面等级范围；

3)在增益调整单元3，根据步骤1)离线模拟所确定的不同等级路面的控制优化增益，结合步骤2)确定的路面等级和车速，通过插值可获得当前路面和当前车速的天棚阻尼控制系数(控制器增益)；

4)从可测量簧载质量(车体)的垂向加速度经状态观测器4估计簧载质量的垂向速度和簧载与非簧载质量间的相对速度；

5)天棚阻尼控制5的实现：由步骤3)所计算的天棚阻尼控制系数和步骤4)所估算的簧载质量的垂向速度和簧载与非簧载质量间的相对速度值，实施天棚阻尼控制算法，得到所需的减振器阻尼力；

6)控制量修正6：根据减振器实验数据引入力饱和函数，对步骤5)所需的减振器阻尼力进行修正，保证控制量(减振器阻尼力)的可实施性。

Claims (1)

1、一种车速路面感应型汽车半主动悬架天棚阻尼控制算法，其特征是，具体步骤如下：

1)固定车速、不同路面等级下天棚阻尼控制系数的离线模拟结果确定：选定路面等级和几组天棚阻尼控制系数，分别计算轮胎动载荷和簧载质量加速度响应的均方根值，通过统计、比较，选择较优的天棚阻尼控制系数作为不同路面等级下的天棚阻尼控制系数；

2)路面探测器根据簧载质量的垂向加速度和车速估计出路面的不平度等级：考虑微控制器芯片的时钟频率和内存大小，以一定的采样频率和采样点数对簧载质量加速度信号进行采样和离散傅立叶变换处理，求得低、高阶主频处路面功率谱密度值，与步骤1)离线模拟计算结果值进行比较，确定路面等级范围；

3)在增益调整单元，根据步骤1)离线模拟所确定的不同等级路面的控制优化增益，结合步骤2)确定的路面等级和车速，通过插值可获得当前路面和当前车速的天棚阻尼控制系数；

4)从可测量簧载质量的垂向加速度经状态观测器估计簧载质量的垂向速度和簧载与非簧载质量间的相对速度；

5)天棚阻尼控制的实现：由步骤3)所计算的天棚阻尼控制系数和步骤4)所估算的簧载质量的垂向速度、簧载与非簧载质量间的相对速度值，实施天棚阻尼控制算法，得到所需的减振器阻尼力；

6)控制量修正：根据减振器实验数据引入力饱和函数，对步骤5)所需的减振器阻尼力进行修正。

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