[发明专利]一种汽车半主动悬架控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种汽车半主动悬架控制系统及方法。本发明提供的汽车半主动悬架控制系统根据车载传感器信号对汽车的运行状态进行预估，取消了车辆后轴传感器布置，实现超前闭环调节需求阻尼力的性能，使得阻尼可调减振器与悬架系统控制器均可克服响应迟滞性问题，同时使用On‑Off算法计算需求阻尼值，避免了复杂的动力学微分方程求解。同时加入实时抗车辆俯仰、侧倾补偿控制，同时提升车辆平顺、操稳性能，使半主动悬架系统的控制效果更加接近主动悬架。适用于各种道路以及行驶工况，尤其适用于现代乘用车和新能源车市场。

技术领域

本发明涉及悬架系统控制领域，具体涉及一种汽车半主动悬架控制系统及方法。

背景技术

悬架系统是决定车辆行驶平顺性和操纵稳定性的关键因素。半主动悬架解决了被动悬架存在的平顺性与稳定性的矛盾，能够在任意道路工况下更好的兼顾行驶平顺性和操纵稳定性，其在控制品质上接近主动悬架，而且结构简单，价格相对便宜。在半主动悬架系统中，减振器用来耗散路面的冲击能量以及缓解弹簧吸振后的振荡，衰减振动使车辆恢复到正常的行驶状态。其控制系统主要体现在对其执行器，即阻尼可调减振器的控制上。为了实现良好的控制，要求控制系统能够根据不同的路面情况和车辆行驶工况，能够自适应地调节控制量，因此需要一定数量可靠的车载传感器以及性能良好的控制算法。限制半主动悬架发展的主要因素为，一是传感器数量较多，导致成本较高、数据量过多、易出现损坏等问题；二是控制算法多依赖于整车动力学模型，导致计算易出现发散、模型误差较大使得控制效果大打折扣等问题。

滑模控制(sliding model control，SMC)，也被称为滑模变结构控制，是一种特殊的非线性系统控制策略。这种控制策略与常规控制的根本区别在于控制的不连续性，也就是一种使得系统“结构”随着时间变化的开关特性。这种控制特性可以迫使系统在一定特性下沿着规定的状态轨迹作小幅度、高频率的上下运动，也就是“滑动模态”。这种滑动模态是可以设计的，并且与系统参数及外界扰动无关，因此滑模控制具有响应速度快，鲁棒性强等优点。该方法的特点将理想的天棚阻尼模型作为参考模型，定义一个理想的滑模状态，迫使系统不偏离理想状态。等效控制保证系统沿着理想滑模面运行，切换控制迫使偏离理想滑模面的运动状态回到理想状态。其中理性的天棚阻尼模型的运动状态信息来源于悬架动挠度传感器与振动加速度传感器。但该方法中需要理想的参考模型即天棚阻尼动力学模型，其实际上是一种物理模型，在某些工况下易出现微分方程难解、无解或计算发散等情况而大大影响控制系统效果。传感器测量以及控制系统计算均存在迟滞。

分级天棚算法根据四个车轮振动程度(单位时间超过门限值的次数)来判定汽车所处的振动状态，产生相应的振动标识符。其中振动标识符有1、2、3三个等级，分别对应轻微振动，中等振动和剧烈振动三类情况，用以判断该振动情况下合理的天棚阻尼系数。该方法的特点是在普通天棚阻尼控制的基础上引入在不同路面等级上的最佳天棚阻尼系数，达到自适应路面情况的控制效果。只需要布置5～8个振动加速度传感器，控制方法简单，无动力学模型求解过程，系统响应迅速。但该控制方法需要计算一段时间内的路面状态，若时间段取值较短，则反映不准确，若较长，则响应滞后。在不同车速下难以选取一个较理想路面状态判定的时间段长度。该控制方法目标为控制簧上质量振动强度，其一无法响应瞬态工况，其二无法实现对车辆的俯仰、侧倾等控制。传感器测量以及控制系统计算均存在迟滞。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种汽车半主动悬架控制系统及方法解决了半主动悬架控制迟滞的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种汽车半主动悬架控制系统，包括2个车身垂向振动加速度传感器、3个悬架动挠度传感器、控制器和阻尼可调减振器，每个所述车身垂向振动加速度传感器、每个所述悬架动挠度传感器和阻尼可调减振器均与控制器连接，2个所述车身垂向加速度传感器分别设置在左前减振器和右前减振器上方的簧载质量处，3个所述悬架动挠度传感器分别设置在左前悬架、右前悬架和左后悬架上；