基于雙可控阻尼器的車輛半主動懸架及其控制方法技術

本發明專利技術公開了一種基于雙可控阻尼器的車輛半主動懸架，用于具有兩組懸架子系統的半車懸架系統的解耦控制：一是將非簧載可控阻尼器安裝于下控制臂與連桿之間，通過車身俯仰角加速度狀態變量的反饋控制來調節非簧載可控阻尼器輸出的阻尼力，可實現半車懸架系統兩個“四分之一”車輛懸架子系統的完全結構解耦并改善了車輛俯仰運動懸架性能；二是將簧載可控阻尼器安裝于傳統被動懸架阻尼器的位置，懸架系統經解耦后可直接應用比較成熟的關于“四分之一”車輛懸架子系統的半主動控制策略，可以理想地實現車輛垂直運動懸架性能的改善。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及車輛工程領域，尤其涉及采用可控阻尼器的智能車輛懸架系統控制裝置，用于具有兩組懸架子系統的半車懸架系統解耦控制。
技術介紹
車輛懸架是連接車身與底盤的一切傳力裝置的總稱，是確保車輛乘坐舒適性和操控安全性的重要系統，傳統的被動懸架不能同時滿足舒適性和操控性要求，進而產生了可控懸架系統?；诳煽刈枘崞鞯陌胫鲃涌刂茟壹苁墙陙韲鴥韧鈱W者研究的熱點課題之一，由于車輛多個懸架子系統之間存在強耦合特性，使得關于實現車輛多懸架性能目標的自適應控制、各可控懸架子系統的相互協調控制極具挑戰性，是目前關于可控智能車輛懸架半主動控制器設計研究所面臨的重大難題，對車輛懸架系統解耦控制是一種新的研究方向，這正是本專利技術著力解決的目標。國內外學者近幾年提出了各種針對可控懸架系統的半主動控制策略，少數學者也嘗試對多自由度懸架系統解耦控制，但是提出的解耦方法過于理論化、難以工程實現，對多個可控懸架子系統的協調控制尚沒有提出可行的解決辦法。臺灣學者T. H. S. LI等采用多輸入多輸出非線性系統中的線性反饋與神經網絡前饋相結合的控制方法，實現了半車主動懸架系統的近似解耦控制，為實現可控阻尼器的協調控制奠定了一定基礎，但其控制器設計方法過于復雜、難于實現，且沒有系統分析車輛懸架多目標懸架性能；吳龍等對六自由度半車懸架系統進行解耦，并進一步采用分層控制方法，提高了半車懸架系統性能，但是其解耦方法假設條件多、實時性差，因此也只實現了理論上的近似解耦；董小閔等在提出的可控半主動懸架分姿態協調仿人智能控制方法中，將整車車身運動分為八種姿態，通過列寫4 個懸架子系統對抑制垂直、俯仰和側傾運動的動力學方程，然后對列寫的方程解耦從而得到四組近似獨立的阻尼器控制力，并進一步結合仿人智能控制，提高了整車懸架系統性能， 但是該方法對于八種運動姿態下存在的一種或多種運動耦合需要分別計算，同時需要預先定性分析車身姿態，因此該解耦控制方法的精確度不高，實時性不理想，難以在實際車輛中加以應用。綜上所述，關于車輛多個可控懸架子系統的協調控制等問題尚沒有能夠得到很好的解決，通過對耦合的車輛多組可控懸架系統進行解耦達到其協調控制是一個很好的思路，但是已提出的上述在多假設條件下的近似解耦方法與車輛實際工況差異較大，未能實現簡化可控懸架系統控制器設計的復雜性、提高控制系統實時性等研究目標，且大多仍處于理論算法研究階段，離投入實際應用尚有很大距離。
技術實現思路
基于2011年國家自然科學基金資助項目磁流變整車懸架系統半主動解耦控制研究(51075215)，本專利技術提出了一種采用雙可控阻尼器的新型半主動懸架結構和解耦控制方法，并應用在半車懸架系統中，目的在于實現兩組“四分之一”車輛可控懸架子系統的完得各“四分之一”車輛可控懸架子系統能獨立工作，以有效地實現簡化半主動懸架系統控制器設計的復雜性和提高半主動控制實時性等研究目標，為進一步開展基于整車4個“四分之一”車輛可控懸架子系統完全解耦的半主動自適應控制研究提供了堅實的基礎。為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下基于雙可控阻尼器的車輛半主動懸架，包括螺旋彈簧、簧載可控阻尼器、非簧載可控阻尼器、連桿裝置、控制臂、輪胎、角加速度傳感器、電控單元以及電流驅動模塊，其中，非簧載可控阻尼器安裝在下控制臂與連桿之間，并與輪胎近似平行；簧載可控阻尼器安裝在連桿的上端；角加速度傳感器安裝于車身質心處；電控單元的輸入端與所述角加速度傳感器的輸出端相連，其輸出端與驅動模塊相連；所述驅動模塊輸出端口分別與所述簧載可控阻尼器和非簧載可控阻尼器相連。本專利技術的控制方法具體過程為車輛運行過程中，角加速度傳感器將采集到的車身俯仰角加速度信號傳送給電控單元，電控單元根據控制算法計算后向驅動模塊發出控制信號，驅動模塊向非簧載可控阻尼器輸出與控制信號相對應的驅動信號，最后由非簧載可控阻尼器向車輛提供相應的阻尼力，最終實現半車懸架系統的解耦控制?；奢d可控阻尼器則進一步用于提供半主動控制力。本專利技術在半車懸架系統的傳統結構中安裝兩個可控阻尼器，一個安裝于原先被動懸架阻尼器的位置，稱為簧載可控阻尼器，起懸架阻尼控制作用；另一個安裝于下控制臂與連桿之間，位置上與輪胎近似并行，稱為非簧載可控阻尼器，起系統解耦控制作用。基于該雙可控阻尼器車輛懸架結構，通過理論推導，采用狀態反饋控制，可實現半車懸架系統兩個 “四分之一”車輛可控懸架子系統的完全結構解耦，從而能直接應用比較成熟的關于“四分之一”車輛可控懸架子系統的半主動控制策略。本專利技術的關鍵在于在下控制臂與連桿之間安裝一個非簧載可控阻尼器，通過改進傳統懸架結構，無需繁多的條件假設，而是基于實際物理結構和反饋控制方法來實現半車懸架系統的完全解耦，并且采用該雙可控阻尼器車輛懸架結構和解耦方法的懸架系統能保證傳統懸架系統所固有的動力學特性，滿足懸架系統設計的基本要求，同時，提出的該雙可控阻尼器車輛懸架結構易于工程實現、控制方法簡單、所需傳感器少、計算量小、實時性高， 能夠有效地簡化車輛半主動懸架系統控制器設計的復雜性、提高控制實時性，該專利技術易于投入實際應用。以下結合附圖對本專利技術方法做詳細說明圖I是本專利技術雙可控阻尼器車輛懸架結構的硬件組成示意圖。圖2是基于雙可控阻尼器車輛懸架結構的半車懸架系統動力學模型。圖3是本專利技術解耦的半車懸架系統與傳統的半車被動懸架系統在單頻諧波激勵下的性能比較(a)是質心加速度比較；(b)是俯仰角加速度比較；(C)是前輪簧載加速度比較；(d)是后輪簧載加速度比較；(e)是前輪非簧載加速度比較；(f)是后輪非簧載加速度比較；(g)是前輪輪胎動態力比較；(h)是后輪輪胎動態力比較。圖4是本專利技術解耦的半車懸架系統與傳統的半車被動懸架系統在平滑脈沖激勵下的性能比較(a)是質心加速度比較；(b)是俯仰角加速度比較；(C)是前輪簧載加速度比較；(d)是后輪簧載加速度比較；(e)是前輪非簧載加速度比較；(f)是后輪非簧載加速度比較；(g)是前輪輪胎動態力比較；(h)是后輪輪胎動態力比較。具體實施方式如附圖說明圖1所示，為本專利技術提出的一種基于雙可控阻尼器的新型半主動懸架結構，主要由螺旋彈簧、簧載可控阻尼器、非簧載可控阻尼器、連桿裝置、控制臂、輪胎、傳感器、ECU 以及驅動模塊組成。其結構連接為在下控制臂4與連桿2之間安裝一個非簧載可控阻尼器 3，在結構上與輪胎5為近似并聯關系；同時在連桿2上安裝一個簧載可控阻尼器I來代替傳統的被動阻尼器，與懸架彈簧裝置并聯；角加速度傳感器安裝于車身質心處；電控單元 (ECU)的輸入端與角加速度傳感器的輸出相連、輸出端與驅動模塊相連；驅動模塊輸出端口與簧載可控阻尼器I、非簧載可控阻尼器3相連。該雙可控阻尼器懸架結構功能為一是通過反饋車輛運動俯仰角加速度狀態變量，調節控制非簧載可控阻尼器輸出的非簧載阻尼力，實現半車懸架系統互相耦合的兩個 “四分之一”車輛可控懸架子系統的完全結構解耦，并改善車輛俯仰運動懸架性能；二是能夠進一步對簧載可控阻尼器應用各種成熟的“四分之一”車輛半主動懸架控制策略，以重點改善車輛垂直運動共振抑制等懸架性能。下面介紹提出的基于雙可控阻尼器懸架結構的解耦控制方法如圖2所示，為基于上述雙可控阻尼器半主動懸架結構的半車系統模型。這里，假設車身簧載質量為Mg，前、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于雙可控阻尼器的車輛半主動懸架，包括螺旋彈簧、簧載可控阻尼器、非簧載可控阻尼器、連桿裝置、控制臂、輪胎、角加速度傳感器、電控單元以及電流驅動模塊，其特征在于，非簧載可控阻尼器安裝于下控制臂與連桿之間，并與輪胎近似平行；簧載可控阻尼器安裝在連桿的上端；角加速度傳感器安裝于車身質心處；電控單元的輸入端與所述角加速度傳感器的輸出端相連，其輸出端與驅動模塊相連；所述驅動模塊輸出端口分別與所述簧載可控阻尼器和非簧載可控阻尼器相連。

【技術特征摘要】
1.基于雙可控阻尼器的車輛半主動懸架，包括螺旋彈簧、簧載可控阻尼器、非簧載可控阻尼器、連桿裝置、控制臂、輪胎、角加速度傳感器、電控單元以及電流驅動模塊，其特征在于，非簧載可控阻尼器安裝于下控制臂與連桿之間，并與輪胎近似平行；簧載可控阻尼器安裝在連桿的上端；角加速度傳感器安裝于車身質心處；電控單元的輸入端與所述角加速度傳感器的輸出端相連，其輸出端與驅動模塊相連；所述驅動模塊輸出端口分別與所述簧載可控阻尼器和非簧載可控阻尼器相連。2.如...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王恩榮，張海龍，閔富紅，顏偉，黃苗玉，
申請(專利權)人：南京師范大學，
類型：發明
國別省市：