一种基于车速分区的馈能悬架及其阻尼切换控制方法技术

本发明专利技术公开一种基于车速分区的馈能悬架及其阻尼切换控制方法，馈能悬架由传感器模块、控制器模块、稳定模块和执行器模块组成，控制器模块由切换控制器和悬架控制器构成，执行器模块包括三级可调阻尼器、永磁直线电机、Buck电路和馈能电路。本发明专利技术将车速划分为高、中、低速，在每一速域内，以车身垂直加速度和轮胎动位移作为切换参数判断车辆行驶工况，通过切换天棚、地棚和混合天棚‑地棚阻尼控制策略来调节可调阻尼器阻尼值和直线电机绕组电流，以完成悬架阻尼切换过程，从而解决车辆行驶中操稳性和平顺性的矛盾问题。本发明专利技术简单易行，实时性好，在保证车辆多种工况下都能有一个最优先级性能的前提下，实现悬架能量回收，以补偿控制系统的能耗。

An energy feedback suspension based on vehicle speed zoning and its damping switching control method

The invention discloses a energy - fed suspension and its damping switching control method based on speed zoning. The energy - fed suspension consists of sensor module, controller module, stable module and actuator module. The controller module is composed of a switching controller and a suspension controller. The actuator module includes three stage adjustable dampers and permanent magnet linear electricity. Machine, Buck circuit and energy feed circuit. The speed of the vehicle is divided into high, medium and low speed. In each speed range, the vehicle driving condition is judged by the vertical acceleration of the body and the dynamic displacement of the tire. The damping value of the adjustable damper and the current of the linear motor winding are adjusted by switching the damper control strategy of the ceiling, the earth shed and the mixed ceiling. Suspension damping switching process, so as to solve the vehicle running stability and stability of the contradiction. The invention is simple and easy to use and has good real-time performance. On the premise of guaranteeing the most priority performance of the vehicle under various working conditions, the energy recovery of the suspension is realized to compensate the energy consumption of the control system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于车速分区的馈能悬架及其阻尼切换控制方法
本专利技术涉及馈能悬架阻尼控制方法领域，尤其涉及一种基于车速分区的馈能悬架及其阻尼切换控制方法。
技术介绍
车辆的操稳性和平顺性是一组相互矛盾的性能，现存的悬架控制策略大多只能实现某种性能最优，无法保证不同工况下的最优先级性能。现有技术以车身加速度和轮胎动位移作为参考变量对车辆行驶工况进行判断，进而实现阻尼控制，但无法准确解决操稳性和平顺性的矛盾问题。悬架结构对悬架控制十分重要，由三级可调阻尼器和永磁直线电机组成的混合馈能悬架在实现悬架阻尼力连续可调的同时，也能保证悬架的Fail-safe特性，较之其他半主动/主动电磁悬架，其成本低、能耗小、可靠性高。阻尼控制方法是混合馈能悬架研究的关键技术之一，许多先进阻尼控制方法应运而生，如最优控制、鲁棒控制、模糊控制和神经网络控制；其中，天棚和地棚阻尼控制方法简单、控制效果较好且实时性好，广泛应用于悬架控制中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于车速分区的馈能悬架及其阻尼切换控制方法，以车辆所在速域及车辆相关动态参数判断行驶工况，切换合适的悬架阻尼控制策略来保证不同工况下最优先级性能，从而解决车辆操稳性和平顺性相矛盾的问题。本专利技术的技术方案为：一种基于车速分区的馈能悬架阻尼切换控制方法，包括以下步骤：步骤1)，车速传感器、簧上质量加速度传感器、簧下质量加速度传感器和位移传感器分别将采集到的车速、车身垂直加速度和轮胎动位移传输给切换控制器。步骤2)，切换控制器首先根据车速信号判断行驶车辆所在的速域，然后分别比较车身垂直加速度和轮胎动位移均方根值与各自预设阈值的大小，根据阻尼切换策略选择最优悬架控制方法，并向悬架控制器发出控制方法选择信号；车辆的速域以两个车速阈值v1、v2划分为三个区间，即低速域、中速域和高速域，v1为车辆在高速行驶时滚动阻力与空气阻力相等时的车速，v2依据《城市道路工程设计规范》中次干路的设计行车速度为20～40km/h；阻尼切换策略为：1)当车速v＞v1，即车辆行驶在高速域内：i)轮胎动位移的均方根值大于其阈值，无论车身垂直加速度的均方根值是否超过其阈值，且此状态持续时间大于参考时间，切换控制器判断车辆高速行驶，此时操稳性成为车辆最优先级性能，悬架控制方法切换为地棚阻尼控制；ii)轮胎动位移的均方根值小于其阈值，车身垂直加速度的均方根值大于其阈值，且此状态持续时间大于参考时间，切换控制器判断车辆以较高速行驶在较差路面上，此时平顺性成为车辆最优先级性能，悬架控制方法切换为天棚阻尼控制；iii)轮胎动位移和车身垂直加速度的均方根值均小于其相应阈值，且此状态持续时间大于参考时间，切换控制器判断车辆以较高速行驶在好路面上，此时车辆性能优，悬架控制方法切换为无控制，即此时悬架为被动悬架，直线电机处于发电机模式，实现馈能；2)当车速v2≤v≤v1，即车辆行驶在中速域内：i)轮胎动位移和车身垂直加速度的均方根值至少有一个大于相应阈值，且此状态持续时间大于参考时间，切换控制器判断车辆以中速行驶在较差路面上，此时操稳性和平顺性优先级相同，悬架控制方法切换为混合天棚-地棚阻尼控制；ii)轮胎动位移和车身垂直加速度的均方根值均小于其相应阈值，且此状态持续时间大于参考时间，切换控制器判断车辆以中速行驶在较好路面上，此时车辆性能优，悬架控制方法切换为无控制，即此时悬架为被动悬架，直线电机处于发电机模式，实现馈能；3)当车速v＜v2，即车辆行驶在低速域内：i)车身垂直加速度的均方根值大于其阈值，无论轮胎动位移的均方根值是否超过其阈值，且此状态持续时间大于参考时间，切换控制器判断车辆以低速行驶在较差路面上，此时平顺性成为车辆最优先级性能，悬架控制方法切换为天棚阻尼控制；ii)车身垂直加速度的均方根值小于其阈值，轮胎动位移的均方根值大于其阈值，且此状态持续时间大于参考时间，切换控制器判断车辆以低速行驶在差路面上，此时操稳性成为车辆最优先级性能，悬架控制方法切换为地棚阻尼控制；iii)轮胎动位移和车身垂直加速度的均方根值均小于其相应阈值，且持续时间大于参考时间，切换控制器判断车辆以低速行驶在较好路面上，此时车辆性能优，悬架控制方法切换为无控制，即此时悬架为被动悬架，直线电机处于发电机模式，实现馈能。步骤3)，悬架控制器接收选择信号，计算出悬架所需阻尼力，向三级可调阻尼器和永磁直线电机输出PWM信号，使其工作。步骤4)，三级可调阻尼器中的步进电机接收不同占空比的PWM信号而带动阻尼器液压阀转过不同角度，从而改变阻尼器节流口开度，进而提供不同阻尼系数。步骤5)，永磁直线电机接收不同占空比的PWM信号，利用Buck电路改变电机电流，从而改变电机提供的阻尼系数。进一步，当悬架控制方法切换为天棚控制时，切换控制器输出00；当悬架控制方法切换为地棚控制时，切换控制器输出01；当悬架控制方法切换为混合天棚-地棚控制时，切换控制器输出10；当悬架控制方法切换为无控制时，切换控制器输出11。进一步，在切换控制器和悬架控制器之间增加一个以逻辑关系构成的稳定系统，当车辆状态持续时间达到参考时间时，切换控制器才能向悬架控制器输出信号量，实现阻尼控制策略切换。一种基于车速分区的馈能悬架，包括传感器模块、控制器模块、稳定模块和执行器模块，传感器模块包括车速传感器、簧上质量加速度传感器、簧下质量加速度传感器和位移传感器，控制器模块包括切换控制器和悬架控制器，稳定模块为防止系统陷入紊乱的稳定系统，执行器模块包括三级可调阻尼器、永磁直线电机、Buck电路和馈能电路；在垂直方向上，弹簧、三级可调阻尼器、永磁直线电机分别并联在簧上质量和簧下质量之间，车速传感器安装于簧上质量，簧上质量加速度传感器、簧下质量加速度传感器分别固定在簧上质量和簧下质量上，位移传感器与簧下质量固连，且车速传感器、簧上质量加速度传感器、簧下质量加速度传感器和位移传感器与切换控制器之间分别通过信号线相连；永磁直线电机结构为筒型，其动子与车身相连，定子与车轮相连。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术基于车速分区判断车辆行驶状态，在不同工况下确保车辆最优先级性能，实现了阻尼控制过程对行驶工况的实时跟踪，从而解决操稳性和平顺性的矛盾问题。2.本专利技术在路况较好时，不对悬架进行阻尼控制，此时电机处于发电机模式，回收部分悬架振动能量以补偿控制系统能耗。3.本专利技术中建立的阻尼控制切换策略原理简单有效，能够准确、迅速、稳定地根据车辆动态参数进行识别，采取相匹配的悬架控制方法改善车辆性能。附图说明图1为本专利技术的1/4馈能悬架系统结构简图；图2本专利技术的馈能悬架系统工作示意图；图3为本专利技术的悬架阻尼切换控制系统模块框图；图4为本专利技术的稳定系统控制流程图。其中：1-车速传感器；2-簧上质量加速度传感器；3-簧上质量；4-弹簧；5-三级可调阻尼器；6-永磁直线电机；7-簧下质量；8-位移传感器；9-簧下质量加速度传感器。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。本专利技术所涉及的馈能悬架由传感器模块、控制器模块、稳定模块和执行器模块组成，传感器模块包括车速传感器1、簧上质量加速度传感器2、簧下质量加速度传感器9和位移传感器8，控制器模块包括切换控制器和悬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于车速分区的馈能悬架阻尼切换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)，车速传感器(1)、簧上质量加速度传感器(2)、簧下质量加速度传感器(9)和位移传感器(8)分别将采集到的车速、车身垂直加速度和轮胎动位移传输给切换控制器；步骤2)，切换控制器首先根据车速信号判断行驶车辆所在的速域，然后分别比较车身垂直加速度和轮胎动位移均方根值与各自预设阈值的大小，根据阻尼切换策略选择最优悬架控制方法，并向悬架控制器发出控制方法选择信号；步骤3)，悬架控制器接收选择信号，计算出悬架所需阻尼力，向三级可调阻尼器(5)和永磁直线电机(6)输出PWM信号，使其工作；步骤4)，三级可调阻尼器(5)中的步进电机接收不同占空比的PWM信号而带动阻尼器液压阀转过不同角度，从而改变阻尼器节流口开度，进而提供不同阻尼系数；步骤5)，永磁直线电机(6)接收不同占空比的PWM信号，利用Buck电路改变电机电流，从而改变电机提供的阻尼系数。

【技术特征摘要】
1.一种基于车速分区的馈能悬架阻尼切换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)，车速传感器(1)、簧上质量加速度传感器(2)、簧下质量加速度传感器(9)和位移传感器(8)分别将采集到的车速、车身垂直加速度和轮胎动位移传输给切换控制器；步骤2)，切换控制器首先根据车速信号判断行驶车辆所在的速域，然后分别比较车身垂直加速度和轮胎动位移均方根值与各自预设阈值的大小，根据阻尼切换策略选择最优悬架控制方法，并向悬架控制器发出控制方法选择信号；步骤3)，悬架控制器接收选择信号，计算出悬架所需阻尼力，向三级可调阻尼器(5)和永磁直线电机(6)输出PWM信号，使其工作；步骤4)，三级可调阻尼器(5)中的步进电机接收不同占空比的PWM信号而带动阻尼器液压阀转过不同角度，从而改变阻尼器节流口开度，进而提供不同阻尼系数；步骤5)，永磁直线电机(6)接收不同占空比的PWM信号，利用Buck电路改变电机电流，从而改变电机提供的阻尼系数。2.根据权利要求1所述的一种基于车速分区的馈能悬架阻尼切换控制方法，其特征在于，所述步骤2)中车辆的速域以两个车速阈值划分为三个区间，即低速域、中速域和高速域。3.根据权利要求2所述的一种基于车速分区的馈能悬架阻尼切换控制方法，其特征在于，所述两个车速阈值分别为v1和v2，v1为车辆在高速行驶时滚动阻力与空气阻力相等时的车速，v2依据《城市道路工程设计规范》中次干路的设计行车速度为20～40km/h。4.根据权利要求1或3所述的一种基于车速分区的馈能悬架阻尼切换控制方法，其特征在于，所述步骤2)中阻尼切换策略为：1)当车速v＞v1，即车辆行驶在高速域内：i)轮胎动位移的均方根值大于其阈值，无论车身垂直加速度的均方根值是否超过其阈值，且此状态持续时间大于参考时间，切换控制器判断车辆高速行驶，此时操稳性成为车辆最优先级性能，悬架控制方法切换为地棚阻尼控制；ii)轮胎动位移的均方根值小于其阈值，车身垂直加速度的均方根值大于其阈值，且此状态持续时间大于参考时间，切换控制器判断车辆以较高速行驶在较差路面上，此时平顺性成为车辆最优先级性能，悬架控制方法切换为天棚阻尼控制；iii)轮胎动位移和车身垂直加速度的均方根值均小于其相应阈值，且此状态持续时间大于参考时间，切换控制器判断车辆以较高速行驶在好路面上，此时车辆性能优，悬架控制方法切换为无控制，即此时悬架为被动悬架，直线电机处于发电机模式，实现馈能；2)当车速v2≤v≤v1，即车辆行驶在中速域内：i)轮胎动位移和车身垂直加速度的均方根值至少有一个大于相应阈值，且此状态持续时间大于参考时间，切换控制器判断车辆以中速行驶在较差路面上，此时操稳性和平顺性优先级相同，悬架控制方法切换为混合天棚-地棚阻尼控制；ii)轮胎动位移和车身垂直加速度的均方根值均小于其相应阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪若尘，孙东，丁仁凯，孟祥鹏，陈龙，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32