本發(fā)明涉及一種用于車輛懸架系統(tǒng)的智能加速度阻尼半主動控制方法，屬于車輛振動控制領域。

背景技術：

懸架是車輛行駛系統(tǒng)不可或缺的組成部分，其性能直接決定車輛的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性和行駛安全性，車輛對性能優(yōu)越的懸架系統(tǒng)有著迫切的需求?，F階段，基于主動、半主動控制的可控懸架技術是提高懸架性能公認的有效途徑，而簡單有效、性能良好的控制方法一直是可控懸架系統(tǒng)開發(fā)的關鍵問題。

在減振器種類方面，同時具有開關型軟硬阻尼可調減振器和連續(xù)型阻尼可調減振器。其中阻尼連續(xù)可調減振器包括CDC(連續(xù)阻尼控制)減振器和流變液阻尼連續(xù)可調減振器，如磁流變液減振器和電流變液減振器。

目前應用于車輛懸架的控制方法主要分為三類：一是經典控制方法；二是現代控制方法；三是智能控制方法。各類控制方法均能不同程度地改善懸架性能，但其中也有些方法由于計算復雜而不適合于工程應用。從工程應用的角度出發(fā)，經典控制方法具有計算量小、簡單實用等優(yōu)點，更具有適用性，但是經典的開關型天棚阻尼控制和加速度阻尼控制不能在整個激勵頻域內都具有優(yōu)秀的控制效果。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種用于車輛懸架系統(tǒng)的智能加速度阻尼半主動控制方法，包括開關型阻尼動態(tài)控制或連續(xù)型阻尼動態(tài)控制兩種方式，以車身垂向振動加速度和車身與輪胎相對位移作為輸入，減振器阻尼作為輸出的半主動控制方法，在整個激勵頻域內都能達到較好的控制效果，顯著的提高車輛的懸架性能。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方式：

1.一種用于車輛懸架系統(tǒng)的智能加速度阻尼半主動控制方法，包括開關型阻尼動態(tài)控制或連續(xù)型阻尼動態(tài)控制兩種方式，基于四分之一車輛半主動懸架系統(tǒng)實現，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1：通過安裝在待控制的四分之一車輛半主動懸架系統(tǒng)中的車輪上方所對應的車身部分上的加速度傳感器測得車身垂直加速度信號通過安裝在待控制的四分之一車輛半主動懸架系統(tǒng)中懸架上的位移傳感器測得車身與輪胎相對位移Z_def；

步驟2：將步驟1中測得的加速度信號接入一個控制系統(tǒng)W，并將加速度信號通過控制系統(tǒng)W后的輸出信號定義為信號S，通過對步驟1中測得的車身與輪胎的相對位移Z_def求微分得到車身與輪胎相對運動速度

步驟3：將通過步驟2獲得的信號S和車身與輪胎相對運動速度信號相乘，然后形成兩種控制方式。

方式A:

方式B：

對于控制系統(tǒng)W，具有如下功能：當加速度信號為低頻信號時，經過該控制系統(tǒng)W后輸出信號為加速度信號的積分，即速度信號當加速度信號為高頻信號時，經過該系統(tǒng)W后輸出信號為原加速度信號輸出，即所述的控制系統(tǒng)W在低頻信號通過時相當于積分器，當高頻信號通過時相當于系數為1的比例器。

推薦該控制系統(tǒng)的傳遞函數形式如其中s為拉普拉斯變換的復變量，ω₀為截止頻率，即下式：

當然該控制系統(tǒng)不僅僅限于上述的形式。所述的控制系統(tǒng)W不僅具有對懸架系統(tǒng)高頻和低頻動態(tài)選擇功能，同時具有對信號進行相位變換處理的功能。

步驟3中所述阻尼系數C_max是阻尼可調減振器的預定硬阻尼系數，阻尼系數C_min是阻尼可調減振器的預定軟阻尼系數，對于提出的智能加速度半主動控制方法來說，其實際實現方法是由適當的控制器按照上述控制方法施加一個能夠改變減振器阻尼系數的控制信號，如控制器的輸出變占空比的PWM信號控制阻尼可調減振器中引出導線的電流，實現對減振器阻尼系數的調節(jié)。

本發(fā)明的優(yōu)點和技術效果是：

本發(fā)明的控制方法是一種智能加速度阻尼半主動控制方法，具有開關型阻尼動態(tài)控制或連續(xù)型阻尼動態(tài)控制兩種方式，基于四分之一車輛半主動懸架系統(tǒng)的二自由度車輛模型實現，如圖1所示，具體如下特點。

1、本發(fā)明提出的控制方法綜合了經典開關型控制方法中的天棚阻尼控制和加速度阻尼控制。開關型天棚阻尼控制在低頻時效果較好，在高頻時效果不好。高低頻分界點在附近，連續(xù)型改進天棚控制在整個激勵頻域內控制效果較好，但是在附近控制效果較差。開關型和連續(xù)型加速度阻尼控制在低頻時效果不好，在高頻時效果好。高低頻分界點在附近，而本發(fā)明提出的控制方法在整個激勵頻域范圍內均達到較好的控制性能，顯著地提高車輛的乘坐舒適性。

2、在本發(fā)明的控制方法是在車身加速度信號中接入一個控制系統(tǒng)W的方式，對加速度信號進行低頻、高頻信號的相位變換，當加速度信號為低頻信號時，經過該控制系統(tǒng)W后輸出信號為加速度信號的積分，即速度信號當加速度信號為高頻信號時，經過該系統(tǒng)W后輸出信號為原加速度信號輸出，在路面激勵為低頻輸入時，該智能加速度阻尼控制近似于天棚阻尼控制方法，在路面激勵為高頻輸入時，該智能加速度阻尼控制近似于加速度阻尼控制，這樣結合了天棚阻尼控制和加速度阻尼控制的各自優(yōu)點，從而使得該控制方法在整個頻域內都有顯著地提高車輛的懸架性能。并且在低頻、高頻的控制方法的切換上是連續(xù)的。

3、本發(fā)明的控制方法簡單易行，降低了在線計算的難度、簡單易行、實時性好、穩(wěn)定性高、適宜廣泛推廣應用。

附圖說明

圖1是四分之一車輛半主動懸架系統(tǒng)的示意圖。

圖2本發(fā)明方法的實施流程圖

圖3是單自由度車輛振動模型。

圖4是在最佳被動阻尼系數、天棚阻尼控制、加速度阻尼控制和智能加速度控制下的車身振動加速度傳遞率的頻域響應圖。

具體實施方式

本發(fā)明方法是通過總結現有的經典半主動控制方法在二自由度半主動懸架系統(tǒng)模型的應用存在不足而設計出的，具體說明如下：

如圖1所示：典型的四分之一車輛的半主動懸架系統(tǒng)模型，包括車輪3和該車輪3對應的車身5。該車輪3指車輛中的一個車輪。車身5是指車輪3所對應的整個車輛的相應車身部分。車身5與車輪3之間的連接等效于懸架彈簧6，其剛度為k_s，車輪3與地面1之間垂直接觸等效為車輪彈簧2，剛度為k_t。在此忽略了輪胎的阻尼。在車身5與車輪3之間安裝有減振器4，阻尼為c(t)，為可變阻尼減振器。

針對上面的四分之一車輛半主動懸架系統(tǒng)，主要有如下經典控制方法：

經典的天棚阻尼控制方法為：

其中，為車身垂向運動速度，是通過安裝在車身的加速度傳感器測得的加速度信號積分獲得；為車身與輪胎相對運動速度，是通過車身與輪胎相對位移(Z_def＝Z_t-Z_r)求導獲得。

經典的開關型天棚阻尼控制在低頻激勵時能夠顯著降低車輛的垂向振動。但是在高頻激勵時不能顯著降低車輛的垂向振動。

經典的加速度阻尼控制方法如下式

其中，為車身垂向運動加速度，是通過安裝在車身的加速度傳感器測得；為車身與輪胎相對運動速度，是通過車身與輪胎相對位移(Z_def＝Z_t-Z_r)求導獲得。

經典的加速度控制在高頻激勵時能夠顯著降低車輛的垂向振動。但是在低頻激勵時不能顯著降低車輛的垂向振動。

在本專利中提出的開關型和連續(xù)型兩種阻尼動態(tài)控制方法能夠在整個激勵頻域內具有良好的控制效果，具體實施方式如圖2所示，具體如下：

步驟1：根據圖1中的四分之一車輛的半主動懸架系統(tǒng)，分別在待控制的車輛車輪上方所對應的車身部分上安裝加速度傳感器，測得車身垂直加速度信號同時在對應車輪的懸架上安裝位移傳感器，測得車身與輪胎相對位移Z_def；

步驟2：將測得的加速度信號接入一個控制系統(tǒng)W，該控制系統(tǒng)能夠實現當加速度信號為低頻信號時，經過該控制系統(tǒng)W后輸出信號為加速度信號的積分，即速度信號當加速度信號為高頻信號時，經過該系統(tǒng)W后輸出信號為原加速度信號輸出，即所述的控制系統(tǒng)W在低頻信號通過時相當于積分器，當高頻信號通過時相當于系數為1的比例器。

推薦該控制系統(tǒng)的傳遞函數形式如其中s為拉普拉斯變換的復變量，ω₀為截止頻率，即下式：

當然該控制系統(tǒng)不僅僅限于上述的形式。所述的控制系統(tǒng)W不僅具有對懸架系統(tǒng)高頻和低頻動態(tài)選擇功能，同時具有對信號進行相位變換處理的功能。上式中截止頻率ω₀，即高頻和低頻的分界點取自單自由度車輛垂向動力學模型的不動點，推到如下：

首先給出懸架不動點的定義

不動點：對于一個傳遞函數H(jω,c)，其中c∈R⁺為傳遞函數中的系數，如果滿足下式則稱傳遞函數H(jω,c)關于系數c存在不動點。

其中η為常數。

如圖3所示，建立該系統(tǒng)的動力學方程為

其中，M為車身質量，k為彈簧剛度，c為減振器阻尼系數。z為車身垂向位移，z_r為路面的不平度函數。

對上式進行拉式變換可以得到

由上式得到

對上式取模有下式

為了使c的取值對上式沒有影響可以得到下式

由上式可以得到下式

由上式可以得到單自由度的振動不動點為

針對汽車而言。這里低頻和高頻的分界點頻率一般在1.5與2.5Hz之間。優(yōu)選是1.8Hz。

將加速度信號通過控制系統(tǒng)W后的輸出信號定義為信號S，通過對前面測得的車身與輪胎的相對位移Z_def求微分得到車身與輪胎相對運動速度

步驟3：將通過上面獲得的信號S和車身與輪胎相對運動速度信號相乘，然后形成兩種控制方式。

開關型智能加速度阻尼控制方式為：

其中S為車身加速度信號作為輸入后經過控制系統(tǒng)W后的輸出信號。該控制方法適用于開關型軟硬阻尼可調減振器。

連續(xù)型智能加速度阻尼控制方式為：

其中S為車身加速度信號作為輸入后經過控制系統(tǒng)W后的輸出信號，該控制方法適用于連續(xù)型阻尼可調減振器。

其中c_in是用于控制阻尼可調減振器的控制信號，以此實現阻尼的動態(tài)調節(jié)。對于提出的智能加速度半主動控制方法來說，其實際實現方法是由適當的控制器按照上述控制方法施加一個能夠改變減振器阻尼系數的控制信號，如控制器的輸出變占空比的PWM信號控制阻尼可調減振器中引出導線的電流，實現對減振器阻尼系數的調節(jié)。

當然，本領域技術人員也可以對上述控制系統(tǒng)W進行若干改變和調整，以便滿足特定和附帶的需求，然而所有這些改變和調整全部落入后續(xù)權利要求定義的保護范圍以內。

從實際實施中得出，車身的垂直加速度可以反應車輛的平順性，是衡量乘坐舒適性的重要指標，如圖4所示，在采用開關型阻尼動態(tài)控制方式下作為示例說明，以正弦波掃頻信號的激勵下，激勵頻率為橫軸，車身加速度的傳遞率為縱軸，得到系統(tǒng)的頻域響應圖，可以發(fā)現天棚阻尼控制在低頻控制效果較好，高頻控制效果不好；加速度阻尼控制在低頻控制效果不好，在高頻控制效果較好；而智能加速度阻尼控制能夠結合兩種控制效果的優(yōu)點，在整個激勵頻域內都具有較好的控制效果，能夠顯著降低車輛垂直振動加速度，提高乘坐舒適性。