車輛空氣懸架非線性剛度實(shí)時(shí)最優(yōu)控制的設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及車輛空氣懸架非線性剛度實(shí)時(shí)最優(yōu)控制的設(shè)計(jì)方法，屬于車輛空氣懸架【技術(shù)領(lǐng)域】，其特征在于：根據(jù)車輛空氣彈簧的非線性剛度特性，及車輛當(dāng)前行駛狀態(tài)下的懸架實(shí)時(shí)最優(yōu)阻尼比，通過分析計(jì)算，得到車輛空氣懸架的實(shí)時(shí)最優(yōu)剛度值及與高度之間的關(guān)系，通過控制空氣彈簧的高度，實(shí)現(xiàn)對空氣懸架最優(yōu)剛度的實(shí)時(shí)控制。利用本發(fā)明可簡單、可靠地對車輛空氣懸架非線性剛度實(shí)時(shí)最優(yōu)控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且可降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)費(fèi)用，提高車輛行駛平順性和乘坐舒適性。
【專利說明】車輛空氣懸架非線性剛度實(shí)時(shí)最優(yōu)控制的設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車輛空氣懸架，特別是車輛空氣懸架非線性剛度實(shí)時(shí)最優(yōu)控制的設(shè)計(jì) 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 空氣懸架的核心部件是空氣彈簧，其原理是利用氣體的可壓縮性實(shí)現(xiàn)彈性作用， 從而提高車輛的行駛平順性和乘坐舒適性。據(jù)所查閱資料可知，由于受空氣彈簧非線性彈 性的制約，目前國內(nèi)、外對車輛空氣懸架非線性剛度實(shí)時(shí)最優(yōu)控制一直未能給出簡單、可靠 地設(shè)計(jì)方法，未曾提出通過控制空氣彈簧高度實(shí)現(xiàn)對空氣懸架最優(yōu)剛度的實(shí)時(shí)控制。大都 是利用給橡膠氣囊充放不同壓力的氣體，增加附加空氣室，調(diào)節(jié)節(jié)流孔開度等方法，實(shí)現(xiàn)對 空氣懸架剛度的實(shí)時(shí)控制。隨著車輛行業(yè)的快速發(fā)展，目前車輛空氣懸架非線性剛度實(shí)時(shí) 最優(yōu)控制的設(shè)計(jì)方法，不能滿足車輛發(fā)展及乘坐舒適性的設(shè)計(jì)要求。因此，必須建立一種簡 單、可靠地車輛空氣懸架非線性剛度實(shí)時(shí)最優(yōu)控制的設(shè)計(jì)方法，即根據(jù)車輛空氣彈簧的非 線性剛度特性，及車輛當(dāng)前行駛狀態(tài)下的懸架實(shí)時(shí)最優(yōu)阻尼比，通過分析計(jì)算，得到車輛空 氣懸架的實(shí)時(shí)最優(yōu)剛度值及與高度之間的關(guān)系，通過控制空氣彈簧的高度，實(shí)現(xiàn)對空氣懸 架最優(yōu)剛度的實(shí)時(shí)控制，進(jìn)一步提高車輛行駛平順性和乘坐舒適性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供一種簡單、可 靠地車輛空氣懸架非線性剛度實(shí)時(shí)最優(yōu)控制的設(shè)計(jì)方法。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的車輛空氣懸架非線性剛度實(shí)時(shí)最優(yōu)控制 的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)流程框圖如圖1所示，其技術(shù)方案實(shí)施的具體步驟如下：
[0005] (1)空氣彈簧非線性剛度特性參數(shù)的辨識(shí)：

【權(quán)利要求】
1.車輛空氣懸架非線性剛度實(shí)時(shí)最優(yōu)控制的設(shè)計(jì)方法，其具體設(shè)計(jì)步驟如下： (1) 空氣彈簧非線性剛度特性參數(shù)的辨識(shí)： A:利用振動(dòng)測試設(shè)備，測量并采集得到在某特定行駛工況下車輛單輪空氣懸架安裝位 置中心處的車橋垂直振動(dòng)加速度信號和車身垂直振動(dòng)加速度信號，采集振動(dòng)信號的時(shí)間長 度為{〇，1'} = {[0，切+ [懷1']}，其中，前一時(shí)間段[〇31]的振動(dòng)信號用于空氣彈簧非線性 剛度特性參數(shù)的辨識(shí)，后一時(shí)間段[kT]的振動(dòng)信號用于對非線性剛度特性參數(shù)辨識(shí)結(jié)果 的仿真驗(yàn)證； B:根據(jù)空氣彈簧的非線性剛度特性，構(gòu)建一個(gè)奇次冪多項(xiàng)式Fs =kslz+ks3z3,其中，F(xiàn)s為 以奇次冪多項(xiàng)式所表示的空氣彈簧的非線性彈性力，ksl和ks3為多項(xiàng)式的待辨識(shí)參數(shù)； C:根據(jù)車輛單輪空氣懸架的簧上質(zhì)量m2，待辨識(shí)的空氣彈簧非線性剛度特性參數(shù)ksl，ks3，減振器阻尼系數(shù)Cd，構(gòu)建單自由度1/4車輛振動(dòng)模型； D:根據(jù)B步驟中所構(gòu)建的空氣彈簧非線性彈性力奇次冪多項(xiàng)式，及C步驟中所構(gòu)建的 單自由度1/4車輛振動(dòng)模型，利用Matlab/Simulink仿真軟件，建立車輛非線性振動(dòng)系統(tǒng)仿 真模型，以在前一時(shí)間段[0，tJ所測得的車橋垂直振動(dòng)加速度信號為輸入信號，對車身的 垂直振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值進(jìn)行仿真，其中，在不同頻率下的加權(quán)值為：
E:以空氣彈簧的非線性剛度特性參數(shù)ksl，ks3作為辨識(shí)變量，利用在[0,tj時(shí)間段仿真 所得到的車身垂直振動(dòng)加權(quán)加速度均方根值'與試驗(yàn)所測得的車身垂直振動(dòng)加權(quán)加 速度均方根值
，建立空氣彈簧非線性剛度辨識(shí)的目標(biāo)函數(shù)Jniin，即： F:根據(jù)空氣彈簧非線性剛度的辨識(shí)目標(biāo)函數(shù)，利用優(yōu)化算法求參數(shù)辨識(shí)目標(biāo)函數(shù)的最 小值，此時(shí)所對應(yīng)的優(yōu)化變量即為辨識(shí)所得到的空氣彈簧的非線性剛度特性參數(shù)，即ksl， ks3 ； G:根據(jù)B步驟中所構(gòu)建的空氣彈簧非線性彈性力奇次冪多項(xiàng)式，C步驟中所構(gòu)建的單 自由度1/4車輛振動(dòng)模型，及F步驟中辨識(shí)所得到的空氣彈簧的非線性剛度特性參數(shù)ksl， ks3，以[kT]時(shí)間段所測得的車橋垂直振動(dòng)加速度信號為輸入信號，對車身的垂直振動(dòng)加 權(quán)加速度值進(jìn)行仿真計(jì)算，并與在該時(shí)間段內(nèi)所測得的車身垂直振動(dòng)加權(quán)加速度值進(jìn)行比 較，對空氣彈簧非線性剛度的辨識(shí)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證； (2) 車輛行駛實(shí)時(shí)最優(yōu)阻尼比ξ^的確定： I :利用加速度傳感器測得車輛當(dāng)前行駛狀態(tài)下的車身垂直振動(dòng)加速度4 ;利用高度傳 感器測得車輛當(dāng)前行駛狀態(tài)下空氣懸架上端點(diǎn)安裝位置中心處到地面的車身垂直高度h2， 下端點(diǎn)安裝位置中心處到地面的車橋垂直高度Ii1 ;利用速度傳感器測得車輛當(dāng)前行駛狀態(tài) 下的行駛速度V; II :根據(jù)車輛空氣彈簧的自然高度&，及I步驟中所確定的車身垂直高度匕，車橋垂 直高度Ii1，確定車輛當(dāng)前行駛狀態(tài)下車身垂直振動(dòng)與車輪垂直振動(dòng)的相對位移，即z= |h2_h「h0| ; III :根據(jù)步驟（1)中辨識(shí)所得到的空氣彈簧非線性剛度特性參數(shù)ksl，ks3，及II步驟中 所確定的車身垂直振動(dòng)與車輪垂直振動(dòng)的相對位移z，確定車輛當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的空氣懸 架剛庶κ"·巨口，
IV :根據(jù)車輛單輪空氣懸架的簧上質(zhì)量Hi2，減振器阻尼系數(shù)Cd，減振器安裝角度α，杠 桿比i，及III步驟中所確定的K2，確定當(dāng)前車輛空氣懸架系統(tǒng)阻尼比ξ，即：
V :根據(jù)車輛單輪空氣懸架的簧上質(zhì)量m2，簧下質(zhì)量Hi1，輪胎剛度Kt，I步驟中所確定的 車身垂直振動(dòng)加速度4，車輛行駛速度v，III步驟中所確定的車輛當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的空氣 懸架剛度K2，及IV步驟中所確定的當(dāng)前車輛空氣懸架系統(tǒng)阻尼比ξ，確定車輛當(dāng)前行駛路 面功率譜密度Gri (η。)，即：
式中，L= 一，rIc="^; = Im1,為參考空間頻率； /W1K1 2πγnu VI :根據(jù)V步驟中所確定的車輛行駛路面功率譜密度Gq (?)，利用車輛在不同行駛速度 下懸架彈簧動(dòng)撓度概率分布與標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系，確定車輛當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的懸架動(dòng)限位行程 [fdJ，即：
VII :根據(jù)車輛單輪空氣懸架的簧上質(zhì)量m2，簧下質(zhì)量Hl1，輪胎剛度Kt，I步驟中所確定 的車輛當(dāng)前行駛車速v，III步驟中確定的車輛當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的空氣懸架剛度K2,V步驟 中確定的車輛行駛路面功率譜密度Gq(Iici)，及VI步驟中所確定的懸架動(dòng)限位行程[fdx]，確 定車輛行駛實(shí)時(shí)最優(yōu)阻尼比即：
(3) 車輛當(dāng)前行駛狀態(tài)下空氣懸架實(shí)時(shí)最優(yōu)剛度K的確定： 根據(jù)車輛單輪空氣懸架的簧上質(zhì)量m2，減振器阻尼系數(shù)Cd，減振器安裝角度α，杠桿比i，及步驟（2)中所確定的車輛行駛實(shí)時(shí)最優(yōu)阻尼比Itl，確定車輛當(dāng)前行駛狀態(tài)下空氣懸架 的實(shí)時(shí)最優(yōu)剛度K，即：
(4) 空氣懸架非線性剛度實(shí)時(shí)最優(yōu)高度控制量的設(shè)計(jì)： 根據(jù)步驟（1)中辨識(shí)所得到的空氣彈簧非線性剛度特性參數(shù)ksl和ks3，及步驟（3)中 所確定的當(dāng)前行駛狀態(tài)下的車輛空氣懸架的實(shí)時(shí)最優(yōu)剛度K，對空氣彈簧的實(shí)時(shí)最優(yōu)高度 控制量Ah進(jìn)行設(shè)計(jì)，即：
【文檔編號】B60G17/052GK104309437SQ201410570609
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】周長城, 于曰偉, 趙雷雷 申請人:山東理工大學(xué)