專利名稱：一種電子控制空氣懸架三檔可調減振器阻尼值的控制方法
技術領域：
本發明涉及汽車減振控制技術領域，特別涉及一種汽車三檔阻尼可調半主動空氣懸架 的控制方法。
技術背景隨著人們對車輛乘坐舒適性要求的提高和懸架技術的發展，空氣懸架在車輛上的應用 日益廣泛，并且伴隨著電子系統應用的推廣和車輛控制技術的發展，電子控制逐漸取代了 傳統的機械控制，可以預見，電子控制空氣懸架系統在汽車上的應用將越來越普及，而其 控制方法的研究將成為關鍵。阻尼可調的電子控制空氣懸架是一種半主動懸架，多年來，各國學者對阻尼可調半主動 懸架的控制方法做了大量的研究，如反饋控制、最優控制、預測控制、決策控制、模糊控制、 神經網絡控制等等，但是，許多先進的控制方法由于其魯棒性、應用的成本及可靠性等方面 還處在理論研究和試驗階段，并未出現可實施的具體方案。在實際車輛上得到運用的是天棚 阻尼控制，天棚阻尼控制是一種對簧載質量絕對速度的反饋控制，只要合理選擇天棚阻尼控 制參數就能夠很好的抑制車身的垂向振動，提高平順性能，但是這種平順性能的提高是以操 縱穩定性降低為代價的，在某些工況下是不可以接受的。近年來國內相關的專利申請有1、專利號為ZL200410040117.9，名稱為"一種基于小 波分解的汽車半主動懸架阻尼控制方法"，該專利通過在線提取汽車行駛中車身的振動信 號，運用小波變換的方法將振動信號分解為若干頻段，通過能量統計的方法確定當前振動 信號主要分布在哪幾個頻段，根據阻尼系數與車軸、車身振動響應曲線調節阻尼系數，提 高汽車平順性和操縱穩定性。2、專利申請號為200510030563.6，名稱為"車速路面感應 型汽車半主動懸架天棚阻尼控制算法"公開了根據計算的天棚阻尼控制系數和測量的簧載 質量的垂向速度、簧載與非簧載質量間的相對速度值，實施天棚阻尼控制算法，得到所需 的減振器阻尼力。3、專利申請號為200610054068.3，名稱為"汽車磁流變半主動懸架分 姿態協調仿人智能控制方法"公開了通過對天棚阻尼控制和比例微分控制的綜合，形成一 種多模態多控制器的仿人智能控制，彌補了天棚阻尼控制算法本身的缺點，兼顧考慮了車 輛的平順性與操縱穩定性，實現車輛的實時控制。上述三種專利的缺陷是雖然能針對阻尼的實時可調，很好地提高車輛的性能，但是 要求減振器的阻尼變化快， 一般在20Hz以上，導致減振器的實際生產困難，可靠性差。 發明內容本發明的目的是為克服現有技術的不足，提供了一種電子控制空氣懸架三檔可調減振 器阻尼值的控制方法，采用生產工藝要求低、結構簡單且可靠性高的有級可調減振器阻尼 值的控制方法，提高車輛性能。
本發明采用的技術方案是依次包括如下步驟
1) 建立半車非線性系統動力學模型及路面模型模型中的空氣彈簧在數學模型中用 彈簧力表示，空氣彈簧的有效面積和彈簧體積隨彈簧高度的變化用最小二乘法擬合出多項 式；
2) 根據客車平順性試驗標準，做實車平順性試驗，在相同工況下，比較試驗結果與仿 真結果，驗證數學模型的可靠性；
3) 選后橋上方懸掛質量加速度的均方根值最小為目標，前、后懸架阻尼值為設計變量， 前后懸架動撓度、動載荷為約束條件；
4) 分別編寫遺傳算法主調用程序、目標函數程序、非線性約束條件程序；
5) 結合步驟3)與步驟4)考察不同路面等級、不同簧載質量、不同車速下對阻尼值 優化的影響，確定在滿足目標函數及約束條件下，哪幾個因素對阻尼值優化影響較大，分 析結果表明簧載質量及車速的變化對阻尼值優化影響較大；
6) 根據步驟5)及實車運行工況，建立三檔阻尼值的優化策略，把簧載質量分為三段， 空載至半載、半載至3/4滿載、3/4滿載至滿載，在每段簧載質量的變化過程中，同時考慮 質量與車速兩個影響因素，重新編寫遺傳算法優化程序，使優化出的每檔阻尼值為每個質 量分段中不同簧載質量和不同車速下加速度均方根值之和最小；
7) 把步驟6)確定的前后懸架三檔阻尼值存入懸架控制系統ECU的ROM中，當車輛 處在靜止或低于某一車速時，根據測量空氣彈簧氣體壓力的壓力傳感器信號，ECU判斷出 車輛此時的簧載工況，控制執行機構作出響應，從而選擇相應的阻尼值。
本發明的有益效果是
1) 本控制方法容易實現、控制系統成本低、穩定性高對于一般電子控制空氣懸架系 統都具有測量空氣彈簧氣體壓力的壓力傳感器，控制過程中只需要提取壓力傳感器信號來 判斷車輛的裝載情況，不需要測量車身加速度信號、不需要預測路面，而且控制算法簡單， 使得本控制方法容易實現、降低了控制系統成本、提高控制系統的穩定性。
2) 車輛性能提高明顯通過分析可知，車輛簧載質量的變化對車輛平順性的影響較大， 而本控制方法是根據簧載質量的變化劃分的，有效的提高了車輛在不同裝載情況下的平順 性。3) 確定阻尼值過程中，同時考慮質量、速度影響因素，設計了質量、速度之間的耦合 狀況，使確定的阻尼值可以滿足車輛不同的運行工況。4) 采用遺傳算法輔助尋優技術遺傳算法面對群體采用概率轉移規則，可同時對多個 優化參數進行全域尋優，隱含了并行性，它改善了傳統方法單點搜索的低效，便于分析、 協調各參數與評價指標之間的關系，非常適合非線性系統數學模型。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。圖1通過最小二乘法擬合出的空氣彈簧有效面積多項式擬合圖；圖2遺傳算法程序之間的調用框圖；圖3是滿載工況、車速為50Km/h， A、 B、 C、 D路面等級下優化出的前減震器優化的阻 尼值圖；圖4是滿載工況、車速為50Km/h， A、 B、 C、 D路面等級下優化出的后減震器優化的阻 尼值圖；圖5是車輛在不同車速(50-120km/h)、不同簧載質量(空載到滿載，單位kg)時優 化出的前減振器阻尼值在不同的工況下變化的趨勢圖；圖6是車輛在不同車速(50-120km/h)、不同簧載質量(空載到滿載，單位kg)時優 化出的后減振器阻尼值在不同的工況下變化的趨勢圖；圖7是前、后減振器阻尼值的控制策略圖；圖8是空載至半載不同工況下優化前、后加速度均方根值趨勢圖； 圖9是半載至3/4滿載不同工況下優化前、后加速度均方根值趨勢圖； 圖10是3/4滿載至滿載不同工況下優化前、后加速度均方根值趨勢圖具體實施方式
本發明實施的具體步驟是1)建立半車非線性系統動力學模型及路面模型模型中的空氣彈簧在數學模型中用 彈簧力表示，空氣彈簧的有效面積和彈簧體積隨彈簧高度的變化用最小二乘法擬合出多項 式。根據牛頓法或拉格朗日法建立半車非線性系統動力學模型，根據濾波白噪聲法建立路 面模型，通過理想氣體狀態方程的推導，可得空氣彈簧剛度的表達式和空氣彈簧在垂向提 供的非線性作用力，空氣彈簧的有效面積和彈簧體積隨彈簧高度的變化用最小二乘法擬合 出多項式，對于膜式空氣彈簧，由于空氣彈簧在同一高度下內壓力對有效面積的影響很小， 可以從空氣彈簧靜剛度特性曲線中選取某一氣壓下的曲線，通過不同的彈簧力除以彈簧壓力得到不同彈簧高度下的有效面積，圖1為通過最小二乘法擬合出彈簧的有效面積A的多 項式擬合圖，縱坐標為彈簧的有效面積(單位m2)，橫坐標為彈簧高度(單位m)，紅色曲線為多項式擬合曲線，藍色為實際彈簧有效面積變化曲線，而膜式空氣彈簧體積隨彈簧高度的變化近似線性；2) 數學模型的驗證根據客車平順性試驗標準，做實車平順性試驗，在相同工況下，比較試驗結果與仿真結果，驗證數學模型的可靠性。參考平順性試驗標準GB/T4970—1996 《汽車平順性隨機輸入行駛試驗方法》和QC/T474—1999《客車平順性評價指標及限值》 作整車試驗，試驗結果與數學模型仿真結果比較，驗證數學模型的可靠性；3) 確定優化目標、設計變量、約束條件選后橋上方懸掛質量加速度的均方根值最 小為目標，前、后懸架阻尼值為設計變量，前后懸架動撓度、動載荷為約束條件，當而懸 架動撓度的均方根值小于等于懸架限位行程1/3時，可以保證懸架撞擊限位塊的概率小于 0. 3%，當相對動載荷的均方根小于等于1/3時，車輪跳離地面的概率小于0.15%;4) 遺傳算法程序的編寫分別編寫遺傳算法主調用程序、目標函數程序、非線性約 束條件程序，圖2為程序之間的調用框圖；5) 阻尼值優化影響因素的確定結合步驟3)與步驟4)考察不同路面等級、不同簧載質量、不同車速下對阻尼值優化的影響，確定在滿足目標函數及約束條件下，那幾個因素對阻尼值優化影響較大，圖3、圖4分別為滿載工況、車速為50Km/h， A、 B、 C、 D路面 等級下優化出的前、后單個減震器阻尼值圖；圖5、圖6分別為車輛在不同車速 (50-120km/h)、不同簧載質量(空載到滿載，單位kg)時優化出的前、后減振器阻尼值 在不同的工況下變化的趨勢圖，由分析結果可知，簧載質量及車速的變化對阻尼值優化影 響較大；6) 建立三檔阻尼值的優化策略根據步驟5)及實車運行工況，建立三檔阻尼值的 優化策略，把簧載質量分為三段，空載至半載、半載至3/4滿載、3/4滿載至滿載，在每 段簧載質量的變化過程中，同時考慮質量與車速兩個影響因素，重新編寫遺傳算法優化程 序，使優化出的每檔阻尼值為每個質量分段中不同簧載質量和不同車速下加速度均方根值 之和最小，圖7為前、后減振器阻尼值的控制策略圖；圖8至圖IO為不同工況下優化前、 后加速度均方根值趨勢圖，由仿真計算結果可知，綜合考慮不同工況下優化出的三檔阻尼 值，滿足了在不同的工況下乘客振動的加速度均方根值比使用原車數據得到振動的加速度 均方根值要好，體現了控制后的懸架系統比沒有控制懸架系統的平順性有提高；7) 實車阻尼值的控制方法把步驟6)確定的前后懸架三檔阻尼值存入懸架控制系統ECU (電子控制單元，即車載電腦)的ROM (即存儲器)中，當車輛處在靜止或低于某一車速時，根據測量空氣彈簧氣體壓力的壓力傳感器信號，ECU判斷出車輛此時的簧載工況， 控制執行機構作出響應，從而選擇相應的阻尼值。本發明并不局限于上述具體實施方法，凡是采用本發明的相似算法及相似變化，均應 列入本發明的保護范圍。
權利要求
1. 一種電子控制空氣懸架三檔可調減振器阻尼值的控制方法，其特征是依次包括如下步驟1)建立半車非線性系統動力學模型及路面模型模型中的空氣彈簧在數學模型中用彈簧力表示，空氣彈簧的有效面積和彈簧體積隨彈簧高度的變化用最小二乘法擬合出多項式；2)根據客車平順性試驗標準，做實車平順性試驗，在相同工況下，比較試驗結果與仿真結果，驗證數學模型的可靠性；3)選后橋上方懸掛質量加速度的均方根值最小為目標，前、后懸架阻尼值為設計變量，前后懸架動撓度、動載荷為約束條件；4)分別編寫遺傳算法主調用程序、目標函數程序、非線性約束條件程序；5)結合步驟3)與步驟4)考察不同路面等級、不同簧載質量、不同車速下對阻尼值優化的影響，確定在滿足目標函數及約束條件下，哪幾個因素對阻尼值優化影響較大，分析結果表明簧載質量及車速的變化對阻尼值優化影響較大；6)根據步驟5)及實車運行工況，建立三檔阻尼值的優化策略，把簧載質量分為三段，空載至半載、半載至3/4滿載、3/4滿載至滿載，在每段簧載質量的變化過程中，同時考慮質量與車速兩個影響因素，重新編寫遺傳算法優化程序，使優化出的每檔阻尼值為每個質量分段中不同簧載質量和不同車速下加速度均方根值之和最小；7)把步驟6)確定的前后懸架三檔阻尼值存入懸架控制系統ECU的ROM中，當車輛處在靜止或低于某一車速時，根據測量空氣彈簧氣體壓力的壓力傳感器信號，ECU判斷出車輛此時的簧載工況，控制執行機構作出響應，從而選擇相應的阻尼值。
全文摘要
本發明公開了一種電子控制空氣懸架三檔可調減振器阻尼值的控制方法，通過平順性仿真分析，以懸架動撓度、動載荷為約束條件，編寫遺傳算法優化程序，分別分析了簧載質量、車速、路面對阻尼值優化的影響，從而確定簧載質量、車速為影響優化阻尼值的主要因素，根據車輛實際運行工況，把簧載質量的變化分為三段，空載至半載、半載至3/4滿載、3/4滿載至滿載，在每段簧載質量的變化過程中，同時考慮不同質量與不同車速的影響因素，采用遺傳算法預先優化出每檔阻尼值，存入懸架控制系統ECU的ROM中，ECU通過傳感器傳來的信號判斷出車輛此時的運行工況，從而控制可執行機構作出響應，選擇相應的阻尼值。
文檔編號B62D65/00GK101269618SQ20081002533
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月25日 優先權日2008年4月25日
發明者周文濤, 李仲興, 洪 江, 薛念文 申請人:江蘇大學