本發(fā)明涉及一種車輛空氣懸架系統(tǒng)，具體涉及一種具有橫向互聯(lián)結(jié)構(gòu)的空氣懸架系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

空氣懸架因具有理想的剛度特性和便于車身高度調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用日益增多。為進(jìn)一步提升空氣懸架動力學(xué)性能，在傳統(tǒng)空氣懸架基礎(chǔ)上，國內(nèi)外學(xué)者提出了諸多衍生結(jié)構(gòu)，互聯(lián)空氣懸架便屬其中之一?；ヂ?lián)空氣懸架可分為橫向互聯(lián)與縱向互聯(lián)，其中橫向互聯(lián)為利用氣動管路將車輛同軸空氣彈簧連接在一起的互聯(lián)方式，而縱向互聯(lián)為利用氣動管路將同側(cè)空氣彈簧連接在一起的互聯(lián)方式。國內(nèi)外研究表明，空氣彈簧互聯(lián)可提升空氣懸架的隔振與消扭能力，是進(jìn)一步提升空氣懸架車輛行駛平順性的途徑之一，且相比于縱向互聯(lián)，橫向互聯(lián)空氣懸架可利用更短更細(xì)的互聯(lián)管路達(dá)到相同的互聯(lián)效果，更適用于底盤空間有限的車輛。雖然互聯(lián)空氣懸架有以上優(yōu)點(diǎn)，但目前僅縱向互聯(lián)空氣懸架在重型貨車領(lǐng)域投入商業(yè)應(yīng)用，且應(yīng)用范圍不廣，而橫向互聯(lián)空氣懸架尚未投入生產(chǎn)實(shí)際。造成這一現(xiàn)象的主要原因，是由于目前缺乏成熟的互聯(lián)狀態(tài)控制理論，因而無法彌補(bǔ)由于空氣彈簧互聯(lián)導(dǎo)致的側(cè)傾剛度或俯仰剛度下降的問題。

互聯(lián)懸架依據(jù)傳力介質(zhì)可分為互聯(lián)空氣懸架、互聯(lián)液壓懸架和互聯(lián)油氣懸架等。根據(jù)互聯(lián)液壓懸架、互聯(lián)油氣懸架領(lǐng)域的研究結(jié)果，如江蘇大學(xué)汪若塵等的發(fā)明專利《一種液壓互聯(lián)饋能懸架及其控制方法》、郭孔輝等的發(fā)明專利《靈活交連減振器及交連懸架系統(tǒng)》，通過實(shí)施互聯(lián)狀態(tài)控制，可在有效緩解車輛行駛平順性與操縱穩(wěn)定性的矛盾。由于互聯(lián)懸架工作原理的相似性，有理由認(rèn)為，若能建立合理的空氣懸架互聯(lián)狀態(tài)控制策略，同樣可緩解這一矛盾，從而彌補(bǔ)互聯(lián)空氣懸架的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，同時(shí)結(jié)合互聯(lián)空氣懸架領(lǐng)域最新研究成果，本發(fā)明提出一種橫向互聯(lián)空氣懸架互聯(lián)狀態(tài)控制系統(tǒng)及控制方法，它參考了天棚阻尼控制思想，引入“簧上質(zhì)量側(cè)傾角”和“簧下質(zhì)量側(cè)傾角”兩個(gè)控制參數(shù)，依據(jù)不同行駛工況下傳感器系統(tǒng)測得的實(shí)際參數(shù)計(jì)算兩項(xiàng)控制參數(shù)，控制系統(tǒng)依據(jù)控制參數(shù)的變化輸出合理的控制信號至控制電路，控制電路依據(jù)控制信號驅(qū)動電磁閥開閉以改變互聯(lián)空氣懸架的互聯(lián)狀態(tài)，以調(diào)節(jié)車輛的側(cè)傾特性，從而實(shí)現(xiàn)對車輛行駛的平順性和操縱穩(wěn)定性的協(xié)調(diào)控制。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種空氣懸架互聯(lián)狀態(tài)控制系統(tǒng)，它包括傳感器模塊、互聯(lián)狀態(tài)控制模塊和互聯(lián)狀態(tài)執(zhí)行模塊；

所述傳感器模塊包括分別安裝于第一簧下質(zhì)量、第二簧下質(zhì)量、第三簧下質(zhì)量、第四簧下質(zhì)量處的第一位移傳感器、第二位移傳感器、第三位移傳感器、第四位移傳感器，分別用于采集空氣彈簧的形變量L₁、L₂、L₃、L₄，并將采集到的空氣彈簧的形變量轉(zhuǎn)換為電壓信號提供給互聯(lián)狀態(tài)控制模塊；以及安裝于簧上質(zhì)量質(zhì)心處的傾角傳感器，用于測量簧上質(zhì)量側(cè)傾角θ；

所述互聯(lián)狀態(tài)控制模塊為控制系統(tǒng)，用于根據(jù)傳感器模塊采集的空氣彈簧的形變量L₁、L₂、L₃、L₄以及簧上質(zhì)量側(cè)傾角θ，利用公式分別計(jì)算前軸簧下質(zhì)量側(cè)傾角θ_t1、后軸簧下質(zhì)量側(cè)傾角θ_t2，其中B_w為左右簧下質(zhì)量質(zhì)心間的水平距離；并根據(jù)θ(θ-θ_t1)、θ(θ-θ_t2)的大小，形成互聯(lián)狀態(tài)控制信號，向所述互聯(lián)狀態(tài)執(zhí)行模輸出控制決策；

所述互聯(lián)狀態(tài)執(zhí)行模塊包括第一電磁閥、第二電磁閥和驅(qū)動電路，第一電磁閥安裝于前軸空氣彈簧互聯(lián)管路上，第一電磁閥的進(jìn)氣口與位于左側(cè)的第二空氣彈簧的充氣口相連，第一電磁閥的出氣口與位于右側(cè)的第一空氣彈簧充氣口相連；第二電磁閥安裝于后軸空氣彈簧互聯(lián)管路上，第二電磁閥的進(jìn)氣口與位于左側(cè)的第四空氣彈簧充氣口相連，第二電磁閥的出氣口與位于右側(cè)的第三空氣彈簧充氣口相連；所述驅(qū)動電路與控制系統(tǒng)、第一電磁閥、第二電磁閥相連，根據(jù)控制系統(tǒng)輸出的互聯(lián)狀態(tài)控制信號，對第一電磁閥和第二電磁閥發(fā)出驅(qū)動信號，以控制第一電磁閥和第二電磁閥的開閉狀態(tài)。

進(jìn)一步地，所述第一位移傳感器、第二位移傳感器、第三位移傳感器、第四位移傳感器均為拉線式傳感器。

進(jìn)一步地，所述第一位移傳感器、第二位移傳感器、第三位移傳感器、第四位移傳感器的上端分別安裝于第一簧下質(zhì)量、第二簧上質(zhì)量、第三簧上質(zhì)量、第四簧上質(zhì)量上，下端分別安裝于第一簧下質(zhì)量、第二簧下質(zhì)量、第三簧下質(zhì)量、第四簧下質(zhì)量上。

所述的空氣懸架互聯(lián)狀態(tài)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟，

步驟1：傾角傳感器、第一位移傳感器、第二位移傳感器、第三位移傳感器、第四位移傳感器實(shí)時(shí)采集簧上質(zhì)量側(cè)傾角θ和第一空氣彈簧、第二空氣彈簧、第三空氣彈簧、第四空氣彈簧的形變量L₁、L₂、L₃、L₄，并將采集到的信息轉(zhuǎn)化為電信號提供給控制系統(tǒng)；

步驟2：控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器模塊提供的簧上質(zhì)量側(cè)傾角θ、第一空氣彈簧的形變量第二空氣彈簧、第三空氣彈簧、第四空氣彈簧的形變量L₁、L₂、L₃、L₄和左右簧下質(zhì)量質(zhì)心間的水平距離Bw，計(jì)算前軸簧下質(zhì)量側(cè)傾角θ_t1、后軸簧下質(zhì)量側(cè)傾角θ_t2，計(jì)算公式如下：

步驟3：控制系統(tǒng)根據(jù)θ(θ-θ_t1)、θ(θ-θ_t2)的大小輸出控制決策：

若θ(θ-θ_t1)＞0，則控制系統(tǒng)向驅(qū)動電路輸出第一電磁閥“關(guān)閉”信號，驅(qū)動電路對第一電磁閥輸出低電平信號，第一電磁閥關(guān)閉；

若θ(θ-θ_t1)≤0，則控制系統(tǒng)向驅(qū)動電路輸出第一電磁閥“開啟”信號，驅(qū)動電路對第一電磁閥輸出高電平信號，第一電磁閥開啟；

若θ(θ-θ_t2)＞0，則控制系統(tǒng)向驅(qū)動電路輸出第二電磁閥“關(guān)閉”信號，驅(qū)動電路對第二電磁閥輸出低電平信號，第二電磁閥關(guān)閉；

若θ(θ-θ_t2)≤0，則控制系統(tǒng)向驅(qū)動電路輸出第二電磁閥“開啟”信號，驅(qū)動電路對第二電磁閥輸出高電平信號，第二電磁閥開啟。

本發(fā)明將左右兩空氣彈簧的氣室用設(shè)有電磁閥的氣動管路連接，通過傳感器模塊測得的車輛行駛工況的變化，根據(jù)互聯(lián)狀態(tài)控制算法，改變互聯(lián)空氣懸架的互聯(lián)狀態(tài)，以達(dá)到合理調(diào)整懸架側(cè)傾剛度、有效抑制簧上質(zhì)量垂向運(yùn)動的目的。同時(shí)本發(fā)明也具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、魯棒性高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所涉及橫向互聯(lián)空氣懸架仿天棚狀態(tài)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所涉及仿天棚狀態(tài)控制系統(tǒng)前軸橫向互聯(lián)空氣懸架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明所涉及橫向互聯(lián)空氣懸架仿天棚狀態(tài)控制系統(tǒng)控制流程。

圖中：

1-第一簧下質(zhì)量，2-第一位移傳感器，3-第一空氣懸架，4-第一電磁閥，5-第二空氣懸架，6-第二位移傳感器，7-第二簧下質(zhì)量，8-第三簧下質(zhì)量，9-第三位移傳感器，10-第三空氣懸架，11-第二電磁閥，12-第四空氣懸架，13-第四位移傳感器，14-第四簧下質(zhì)量，15-傾角傳感器，16-控制系統(tǒng)，17-驅(qū)動電路，18-簧上質(zhì)量，19-第一空氣彈簧，20-第一減震器，21-第二減震器，22第二空氣彈簧。

具體實(shí)施方案

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

本發(fā)明所述的橫向互聯(lián)空氣懸架仿天棚狀態(tài)控制系統(tǒng)如圖1所示，包括：傳感器模塊、互聯(lián)狀態(tài)控制模塊和互聯(lián)狀態(tài)執(zhí)行模塊。所述傳感器模塊用于實(shí)時(shí)采集車輛行駛工況信息，并將信息提供給互聯(lián)狀態(tài)控制模塊；所述互聯(lián)狀態(tài)控制模塊可根據(jù)傳感器模塊提供的車輛行駛工況的信息，根據(jù)一種橫向互聯(lián)空氣懸架仿天棚互聯(lián)狀態(tài)控制算法，形成互聯(lián)狀態(tài)控制信號，提供給互聯(lián)狀態(tài)執(zhí)行模塊；所述互聯(lián)狀態(tài)執(zhí)行模塊根據(jù)互聯(lián)狀態(tài)控制模塊提供的互聯(lián)狀態(tài)控制信號，執(zhí)行指令。

所述傳感器模塊包括分別安裝于第一簧下質(zhì)量1、第二簧下質(zhì)量7、第三簧下質(zhì)量8、第四簧下質(zhì)量14處的第一位移傳感器2、第二位移傳感器6、第三位移傳感器9、第四位移傳感器13，分別用于采集空氣彈簧的形變量L₁、L₂、L₃、L₄，并將采集到的空氣彈簧的形變量轉(zhuǎn)換為電壓信號提供給互聯(lián)狀態(tài)控制模塊。以及安裝于簧上質(zhì)量質(zhì)心處的傾角傳感器15，用于測量簧上質(zhì)量側(cè)傾角θ。所述第一位移傳感器2、第二位移傳感器6、第三位移傳感器9、第四位移傳感器13均為拉線式傳感器。所述第一位移傳感器2、第二位移傳感器6、第三位移傳感器9、第四位移傳感器13的上端分別安裝于第一簧下質(zhì)量1、第二簧上質(zhì)量、第三簧上質(zhì)量、第四簧上質(zhì)量上，下端分別安裝于第一簧下質(zhì)量1、第二簧下質(zhì)量7、第三簧下質(zhì)量8、第四簧下質(zhì)量14上。

所述互聯(lián)狀態(tài)控制模塊為控制系統(tǒng)16，用于根據(jù)傳感器模塊采集的空氣彈簧的形變量L₁、L₂、L₃、L₄以及簧上質(zhì)量側(cè)傾角θ，利用公式分別計(jì)算前軸簧下質(zhì)量側(cè)傾角θ_t1、后軸簧下質(zhì)量側(cè)傾角θ_t2，其中B_w為左右簧下質(zhì)量質(zhì)心間的水平距離；并根據(jù)θ(θ-θ_t1)、θ(θ-θ_t2)的大小，形成互聯(lián)狀態(tài)控制信號，向所述互聯(lián)狀態(tài)執(zhí)行模輸出控制決策。

所述互聯(lián)狀態(tài)執(zhí)行模塊包括第一電磁閥4、第二電磁閥11和驅(qū)動電路17，第一電磁閥4安裝于前軸空氣彈簧互聯(lián)管路上，第一電磁閥4的進(jìn)氣口與位于左側(cè)的第二空氣彈簧22的充氣口相連，第一電磁閥4的出氣口與位于右側(cè)的第一空氣彈簧充氣口相連。第二電磁閥11安裝于后軸空氣彈簧互聯(lián)管路上，第二電磁閥11的進(jìn)氣口與位于左側(cè)的第四空氣彈簧充氣口相連，第二電磁閥11的出氣口與位于右側(cè)的第三空氣彈簧充氣口相連；所述驅(qū)動電路17與控制系統(tǒng)16、第一電磁閥4、第二電磁閥11相連，根據(jù)控制系統(tǒng)16輸出的互聯(lián)狀態(tài)控制信號，對第一電磁閥4和第二電磁閥11發(fā)出驅(qū)動信號，以控制第一電磁閥4和第二電磁閥11的開閉狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動電路17輸出高電平信號時(shí)，電磁閥打開，左右空氣懸架之間可發(fā)生氣體交換。當(dāng)驅(qū)動電路17輸出低電平信號時(shí)，電磁閥關(guān)閉，左右空氣懸架之間不能發(fā)生氣體交換。

圖2所示為車輛前軸橫向互聯(lián)空氣懸架，第一空氣懸架3由第一空氣彈簧19和第一減振器20組成，其上方承載質(zhì)量為第一簧上質(zhì)量18，其下方連接質(zhì)量為第一簧下質(zhì)量11。第二空氣懸架5由第二空氣彈簧22和第二減振器21組成，其上方承載質(zhì)量為第二簧上質(zhì)量18，其下方連接質(zhì)量為第二簧下質(zhì)量7?；缮腺|(zhì)量側(cè)傾角θ由傾角傳感器15測得，第一空氣彈簧19、第二空氣彈簧22的形變量L₁、L₂由第一位移傳感器2、第二位移傳感器6測得。同軸左、右簧下質(zhì)量質(zhì)心連線與水平面夾角為簧下質(zhì)量側(cè)傾角θ_t，則前、后軸簧下質(zhì)量側(cè)傾角為θ_t1、θ_t2，左右簧下質(zhì)量質(zhì)心間的水平距離為B_w。

下面以前軸為例給出橫向互聯(lián)空氣懸架仿天棚互聯(lián)狀態(tài)控制步驟，如圖3所示。

步驟1：傾角傳感器15、拉線式第一位移傳感器2、第二位移傳感器6實(shí)時(shí)采集簧上質(zhì)量側(cè)傾角θ和第一空氣彈簧19、第二空氣彈簧22的形變量L₁和L₂，并將采集到的信息轉(zhuǎn)化為電信號提供給控制系統(tǒng)16。

步驟2：控制系統(tǒng)16根據(jù)傳感器模塊提供的簧上質(zhì)量側(cè)傾角θ、空氣彈簧的形變量L₁、L₂和左右簧下質(zhì)量質(zhì)心間的水平距離Bw，計(jì)算前軸簧下質(zhì)量側(cè)傾角θ_t1，計(jì)算公式如下：

步驟3：控制系統(tǒng)16根據(jù)θ(θ-θ_t1)的大小輸出控制決策。

若θ(θ-θ_t1)＞0，則控制系統(tǒng)16輸出“關(guān)閉”信號，驅(qū)動電路17對第一電磁閥4輸出低電平信號，第一電磁閥4關(guān)閉；

若θ(θ-θ_t1)≤0，則控制系統(tǒng)16輸出“開啟”信號，驅(qū)動電路17對第一電磁閥4輸出高電平信號，第一電磁閥4開啟。

第一電磁閥4和第二電磁閥11的開閉狀態(tài)相互獨(dú)立，控制系統(tǒng)16依據(jù)拉線式第一位移傳感器2、第二位移傳感器6采集的空氣彈簧形變量L₁、L₂和傾角傳感器15采集的簧上質(zhì)量側(cè)傾角θ，對第一電磁閥4進(jìn)行控制；控制系統(tǒng)16依據(jù)第三位移傳感器9、第四位移傳感器13采集的空氣彈簧形變量L₃、L₄和傾角傳感器15采集的簧上質(zhì)量側(cè)傾角θ，對后軸的第二電磁閥11進(jìn)行控制。

后軸簧下質(zhì)量側(cè)傾角θ_t2，計(jì)算公式如下：

控制系統(tǒng)16根據(jù)θ(θ-θ_t2)的大小輸出控制決策，若θ(θ-θ_t2)＞0，則控制系統(tǒng)16向驅(qū)動電路輸出第二電磁閥11“關(guān)閉”信號，驅(qū)動電路17對第二電磁閥11輸出低電平信號，第二電磁閥11關(guān)閉；

若θ(θ-θ_t2)≤0，則控制系統(tǒng)16向驅(qū)動電路輸出第二電磁閥11“開啟”信號，驅(qū)動電路17對第二電磁閥11輸出高電平信號，第二電磁閥11開啟。

所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。