[发明专利]四档容积可调空气弹簧及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四档容积可调空气弹簧及其控制方法，属于车辆悬架技术领域。

背景技术

电子控制空气弹簧悬架系统具有固有频率低、非线性特性、力学特性可控等优点，已在豪华客车、高档乘用车以及特种车辆上得到广泛应用。随着电子技术、自动控制技术和车辆悬架技术的成熟和快速发展，开发具有悬架弹性力主动调节功能的电子控制空气弹簧悬架系统成为可能，悬架弹性力的主动调节可以通过改变静平衡位置时空气弹簧内部空腔容积大小来实现的，且在初始静载荷相同时，可通过改变副气室结构而使内部空腔容积可在几种数值之间变化，相对应的，在同一气压情况下一种容积对应一种空气弹簧力学性能。譬如丰田LS400悬架空气弹簧空腔容积可在“大”和“小”两档可调，相对应的，其力学曲线可在“软”和“硬”两级切换。可以预见，具有多档悬架特性可调功能的电子控制空气弹簧悬架系统是汽车悬架未来的发展方向。而电子控制空气悬架系统与整车性能实现良好协调匹配的关键技术就是悬架特性具有多档可调并能良好跟踪整车性能要求的空气悬架系统。

电子控制空气悬架的弹簧刚度控制方法最常见的有PID控制、最优控制、模糊神经网络控制、自适应模糊神经网络控制等等，但是，许多先进的控制方法由于其鲁棒性、使用成本及可靠性等方面还处在理论研究和试验阶段，并未出现可实施的具体方案。

经发明人检索，专利文献CN1840369A公开了一种空气悬架及其电子控制系统，驾驶员在急加速、急刹车或转弯过程中通过手动按钮，选择性地对空气悬架的空气弹簧刚度系数进行控制。优点是控制系统传感器较少，结构简单，成本低。缺点是自动化程度差，且驾驶员在操控车辆系统的同时还要随时对悬架系统进行控制，劳动强度大容易疲劳。专利文献CN101417596A公开了一种汽车空气悬架的控制方法，该方法先通过计算输入的车身高度的方差和车速判断出不同的工作模式；采用开环控制以及神经网络实现在线自修正的函数，电子控制系统根据神经网络所得充排气时间控制空气阀门的执行，再经计算得到簧内空气摩尔浓度和偏差量；最后得到具体控制信号。优点是车辆在不同路面条件下灵活控制，在各种路况条件下具有适当的弹性和阻尼性能。缺点是弹簧内的空气摩尔浓度不能直接测量，开环控制空气消耗量大，能耗高，且高度与刚度调控时系统会发生振荡现象。专利文献CN101856960A公开了一种车辆悬架利用与自适应减振系统相结合的主动式空气悬架系统来提供期望的乘坐和操作输出。该主动式空气悬架与自适应减振系统可以彼此独立地运行、或者可以彼此联合工作以提供所希望的输出。根据初始气囊压力、弹簧刚度和压力水平相联系的一个查询表来间接改变弹簧刚度。优点是根据车辆状态从查询表中选取弹簧刚度经验值，比理论计算具有更高的可靠性。缺点是道路环境多变性，难以获得完整的查询表。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种结构紧凑、生产工艺简单的四档容积可调空气弹簧，同时提出可对其进行高可靠性、强稳定性控制的控制方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种四档容积可调空气弹簧包括封闭的气囊本体、第一副气室和第二副气室，所述气囊本体的顶部与主气管连通，所述气囊本体的下方分别通过第一通孔与第一副气室连通、通过第二通孔与第二副气室连通，所述主气管上安装有主电磁阀，所述第一通孔上安装有第一电磁阀，所述第二通孔上安装有第二电磁阀，在预设高度的静平衡位置处所述第二副气室具有与气囊本体相同的容积，所述第一副气室的容积是气囊本体的两倍。

本发明提供的一种四档容积可调空气弹簧的控制方法包括以下步骤：

1）四档容积可调空气弹簧力学性能曲线的测定：通过控制第一电磁阀、第二电磁阀的开启关闭组合，空气弹簧具有四种工作容积：第一电磁阀、第二电磁阀均关闭状态，弹簧工作容积为V；第一电磁阀关闭且第二电磁阀开启状态，弹簧工作容积为2V；第一电磁阀开启且第二电磁阀关闭状态，弹簧工作容积为3V；第一电磁阀、第二电磁阀均开启状态，弹簧工作容积为4V；分别测定以上四种弹簧工作容积下的力学性能曲线；

2）建立含四档容积可调空气弹簧悬架车辆系统动力学模型及道路模型：其中空气弹簧模型为一弹性力表示，且用最小二乘法拟合出弹簧的等效作用面积和工作容积随悬架行程的关系式；

3）做实车平顺性试验，比较在相同工况下的试验结果与仿真结果，验证数学模型的可靠性；

4）悬架弹性力优化策略特征，选30、60、90、120km/h四种工况下车辆驾驶员座椅与车身连接处的垂向加速度的均方根值之和最小为目标，前、后悬架弹性力为设计变量，前后悬架动挠度、偏频为约束条件；