汽车四轮系独立并行振动控制方法技术

本发明专利技术涉及一种汽车四轮系独立并行振动控制方法，首先建立具有20个自由度的整车悬架系统模型；输入20个自由度整车悬架系统的参数和采样频率，以及实时输入路面激励，得到整车悬架质心处六种振动状态的预估值；解耦得到四个1/4车辆悬架子系统簧载质量垂向、侧向和纵向加速度预估值；将四个1/4车辆悬架子系统并行实施模型参考自适应控制，将自适应控制后得到的各个1/4车辆悬架簧载质量垂向、侧向和纵向加速度的实际值；再将四个1/4车辆悬架簧载质量垂向、侧向和纵向加速度的实际值合成得到整车悬架质心处六种振动状态实际值；最后判断整车垂向、俯仰和侧倾加速度实际值与预估值之差是否在限定范围内，进行调整，实现汽车在行驶过程中的平稳性。

Independent parallel vibration control method of automobile four wheel train

The invention relates to an automobile four wheel independent parallel vibration control method, first establish the vehicle suspension system with 20 degrees of freedom model; input parameters of 20 degrees of freedom vehicle suspension system and the sampling frequency, and the real-time input of road excitation, are estimated at six mass of vehicle suspension vibration decoupling value; four 1/4 vehicle suspension subsystem of sprung mass vertical, lateral and longitudinal acceleration estimates; the four 1/4 vehicle suspension system of parallel implementation of model reference adaptive control, the actual 1/4 vehicle suspension spring by adaptive control after the load of vertical and lateral and longitudinal acceleration of the actual value; then four 1/4 vehicles suspension of sprung mass vertical, lateral and longitudinal acceleration values obtained at the center of mass of six kinds of vehicle suspension vibration state of the actual value of the final judgment of the vertical vehicle, Whether the difference between the actual and estimated values of the pitch and roll accelerations is within the limits, and the stability of the vehicle during the ride is achieved.

【技术实现步骤摘要】
汽车四轮系独立并行振动控制方法
本专利技术涉及汽车控制领域，尤其涉及一种汽车四轮系独立并行振动控制方法。
技术介绍
汽车在行驶过程中的振动主要由底盘悬架系统消除和缓解，其振动起因主要是由于路面不平度导致车轮底部产生的垂向力。考虑到轮胎效应影响，在垂向力基础上将伴随产生侧向力和纵向力。虽然汽车在良好路面上匀速直线行驶时由轮胎效应产生的侧向力和纵向力很小，但考虑到汽车行驶在苛刻路面或产生转向、驱动/制动操作，轮胎承受的侧向力和纵向力将显著增加。因此从全面衡量汽车振动控制的角度而言，汽车在其轮胎承受三向激励力影响的情况下对其实施控制，不仅可以很好地保证汽车乘坐舒适性和行驶平稳性，同时也为在汽车振动控制基础上结合转向、驱动/制动控制而形成的底盘集成控制奠定基础。从空间角度考量，汽车车身振动有六种形式：垂向、侧向、纵向、俯仰角、侧倾角和横摆角。传统的主动/半主动振动控制是整车建立一个动力学模型，在只考虑轮底垂向力作用下利用空间矩阵统一解算各轮系作动器(减振器/弹簧)控制量，进而实现车身垂向、俯仰角、侧倾角在一个合理范围内，保障车辆行驶过程中的乘坐舒适性和行驶平稳性。因此，传统汽车振动控制会带来以下问题：(1)模型不够精确。传统振动控制只考虑路面垂向激励，侧向和纵向激励没有考虑，这对于高机动车辆而言是不够的。由于轮胎承受的垂向力可导致车身垂向、俯仰角、侧倾角振动；轮胎承受的侧向力可导致车身侧向和横摆角振动；轮胎承受的纵向力可导致车身纵向和横摆角振动。因此对于以轮毂电机为代表的电动轮汽车和在苛刻路面上行驶的越野车辆而言，轮底三向受力均需要考虑，才能全面掌握车身六种振动姿态状况。(2)模型越精确计算负荷越大。传统汽车动力学模型是整车建立一个状态空间矩阵进行四个轮系作动器控制量的统一解算，若增加考虑侧向和纵向影响，则整车动力学模型自由度数将增多，会带来控制量计算负荷大、某些条件下出现歧解的问题。(3)各轮不能很好地适应不同路面状况。传统振动控制用状态空间矩阵结合一定控制策略所得到的各轮系作动器控制量是相互协调匹配的结果，不能很好地针对不同轮底路面状况实施自主控制。考虑到大多数车辆是四轮车辆并近似对称，可将支撑部分车身质量的每个轮系视为1/4车辆，则整车可以视为四个1/4车辆的集合，对整车的振动控制可以转化为对四个1/4车辆的并行控制，因此增加侧向和纵向因素后所带来的整车自由度数增多的问题可以迎刃而解。基于此，在增加考虑轮底侧向和纵向激励基础上，建立由四个1/4车辆集成的汽车振动力学模型是必要的，。中国专利技术专利号：ZL2009101108493，汽车分层建模振动控制方法，是在考虑轮底垂向和侧向激励双重影响下将整车振动控制转化为四个1/4车辆的分层控制，可以实现对车身垂向、侧向、俯仰角、侧倾角、横摆角五种振动形态的调控。本专利技术专利是在此基础上的扩展和延伸，不仅考虑车轮底部垂向、侧向和纵向这三向力对车身的影响，同时每个1/4车辆需要并行解算和控制这三向可控力(工程中是将这三向可控力形成一个作动器的控制输出力)，进而调控车身全部六种振动形态。基于此，需要解决如下技术问题：(1)每个1/4车辆在垂向、侧向、纵向的簧载质量动态分配问题，实现由整车动力学模型动态分解为四个并行的1/4车辆模型而形成的解耦算法。(2)由路面激励形成车身振动形态调控总目标，进而指导各个1/4车辆并行自适应控制过程的实现。
技术实现思路
本专利技术针对以上技术问题，提供了一种汽车四轮系独立并行振动控制方法，实现汽车在行驶过程中的平稳性。本专利技术解决技术问题所采用的方案是：一种汽车四轮系独立并行振动控制方法，包括以下步骤：步骤S1：建立具有20个自由度的整车悬架系统模型，20个自由度分别为车体质心处的垂向、侧向、纵向、俯仰角、侧倾角、横摆角振动，4个非簧载质量质心处的垂向、侧向、纵向振动，以及发动机和人椅系统的垂向振动；步骤S2：输入20个自由度整车悬架系统的参数和采样频率，以及实时输入车速和路面激励，可由下式得到整车悬架质心处六种理想振动状态的预估值和如下：其中，整车悬架质心处六种振动状态预估值的限定值分别为σ1、σ2、σ3、σ4、σ5和σ6，根据路面激励分别得到：其中，ts为采样时间，xej,yej,zej为路面纵向、横向、垂向位移，j＝1,2,3,4；lf,lr,l1,l2为前、后、右、左轮侧到车体质心的距离；步骤S3：由整车悬架系统与四个1/4车辆悬架子系统间的耦合定量关系，解耦得到四个独立的1/4车辆悬架子系统簧载质量垂向、侧向和纵向加速度理想状态下的预估值，分别为步骤S4：四个1/4车辆悬架子系统各自结合一定控制策略并行实施控制，将控制后得到的各个1/4车辆悬架簧载质量垂向、侧向和纵向加速度的实际值；步骤S5：将四个1/4车辆悬架簧载质量垂向、侧向和纵向加速度的实际值合成得到整车悬架质心处六种振动状态实际值；步骤S6：判断整车垂向/俯仰/侧倾加速度实际值与预估值之差是否在限定范围内，若是，则输出整车悬架振动状态；否则，调整预估值和通过模型参考自适应机制调整σ1、σ2、σ3、σ4、σ5和σ6，并且返回步骤S2。进一步的，在步骤S3中，由和并结合F1、F2、F3、F4、Fp、Fg与车体振动状态的关系式：其中，F1、F2、F3、F4分别为四个1/4车辆悬架子系统对簧载质量的作用力，Fp为驾驶员系统对簧载质量的作用力；Fg为发动机系统对簧载质量的作用力，mc为整车簧载质量，Ix,Iy,Iz为整车侧倾转动惯量、俯仰转动惯量、横摆转动惯量；以及四个1/4车辆悬架子系统簧载质量的加速度变化量的预估值其中，ν1、ν2、ν3和ν4分别是各轮系支撑簧载质量的合力F与y-z所在平面的夹角；γ1、γ2、γ3和γ4分别是合力F在y-z面投影与z轴夹角；mc1、mc2、mc3和mc4表示为四个解耦后的四分之一车辆系统的簧载质量；得到解耦后所形成的四个1/4车辆悬架子系统簧载质量的加速度预估值进一步的，F1、F2、F3、F4、Fp、Fg与车体振动形态的关系式通过取整车簧载质量为隔离体进行空间动力学分析获得，根据动力学分析得到以下动力学方程:Fjx,Fjy,Fjz为整车簧载质量四角处承受的纵向、侧向、垂向力，j＝1,2,3,4；F1z＝F1cosν1cosγ1,F1y＝F1cosν1sinγ1,F1x＝F1sinν1；F2z＝F2cosν2cosγ2,F2y＝F2cosν2sinγ2,F2x＝F2sinν2；F3z＝F3cosν3cosγ3,F3y＝F3cosν3sinγ3,F3x＝F3sinν3；F4z＝F4cosν4cosγ4,F4y＝F4cosν4sinγ4,F4x＝F4sinν4。进一步的，在步骤S2中，整车悬架质心处六种振动状态包括垂向振动、侧向振动、纵向振动、俯仰角振动、侧倾角振动和横摆角振动。进一步的，在步骤S4中，四个1/4车辆分别为1#1/4车辆、2#1/4车辆、3#1/4车辆和4#1/4车辆；1#1/4车辆、2#1/4车辆、3#1/4车辆和4#1/4车辆的簧载质量垂向、侧向和纵向加速度预估值，各自经如下步骤进行自适应控制：步骤S41：将1/4车辆簧载质量垂向、侧向和纵向加速度预估值各自经垂向向二自由度悬架模型状态矩阵、侧向二自由度悬架模型状态矩阵和纵向二自由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车四轮系独立并行振动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：建立具有20个自由度的整车悬架系统模型，20个自由度分别为车体质心处的垂向、侧向、纵向、俯仰角、侧倾角、横摆角振动，4个非簧载质量质心处的垂向、侧向、纵向振动，以及发动机和人椅系统的垂向振动；步骤S2：输入20个自由度整车悬架系统的参数和采样频率，以及实时输入车速和路面激励，可由下式得到整车悬架质心处六种理想振动状态的预估值

【技术特征摘要】
1.一种汽车四轮系独立并行振动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：建立具有20个自由度的整车悬架系统模型，20个自由度分别为车体质心处的垂向、侧向、纵向、俯仰角、侧倾角、横摆角振动，4个非簧载质量质心处的垂向、侧向、纵向振动，以及发动机和人椅系统的垂向振动；步骤S2：输入20个自由度整车悬架系统的参数和采样频率，以及实时输入车速和路面激励，可由下式得到整车悬架质心处六种理想振动状态的预估值和如下：其中，整车悬架质心处六种振动状态预估值的限定值分别为σ1、σ2、σ3、σ4、σ5和σ6，根据路面激励分别得到：其中，ts为采样时间，xej,yej,zej为路面纵向、横向、垂向位移，j＝1,2,3,4；lf,lr,l1,l2为前、后、右、左轮侧到车体质心的距离；步骤S3：由整车悬架系统与四个1/4车辆悬架子系统间的耦合定量关系，解耦得到四个独立的1/4车辆悬架子系统簧载质量垂向、侧向和纵向加速度理想状态下的预估值，分别为步骤S4：四个1/4车辆悬架子系统各自结合一定控制策略并行实施控制，将控制后得到的各个1/4车辆悬架簧载质量垂向、侧向和纵向加速度的实际值；步骤S5：将四个1/4车辆悬架簧载质量垂向、侧向和纵向加速度的实际值合成得到整车悬架质心处六种振动状态实际值；步骤S6：判断整车垂向/俯仰/侧倾加速度实际值与预估值之差是否在限定范围内，若是，则输出整车悬架振动状态；否则，通过模型参考自适应机制调整σ1、σ2、σ3、σ4、σ5和σ6，调整预估值和并且返回步骤S2。2.根据权利要求1所述的汽车四轮系独立并行振动控制方法，其特征在于：在步骤S3中，由和并结合F1、F2、F3、F4、Fp、Fg与车体振动状态的关系式：其中，F1、F2、F3、F4分别为四个1/4车辆悬架子系统对簧载质量的作用力，Fp为驾驶员系统对簧载质量的作用力；Fg为发动机系统对簧载质量的作用力，mc为整车簧载质量，Ix,Iy,Iz为整车侧倾转动惯量、俯仰转动惯量、横摆转动惯量；以及四个1/4车辆悬架子系统簧载质量的加速度变化量的预估值

【专利技术属性】
技术研发人员：吴龙，
申请(专利权)人：三明学院，
类型：发明
国别省市：福建,35