全地形车悬架系统、全地形车及全地形车的姿态控制方法技术方案

本发明专利技术涉及全地形车悬架系统、全地形车及全地形车的姿态控制方法，全地形车悬架系统包括上摆臂、下摆臂、曲面摇臂、两个弹簧、推杆电机；其中，上摆臂的前端与车架连接，上摆臂的末端与羊角的上端连接，下摆臂的前端与车架连接，下摆臂的末端与羊角的下端连接，下摆臂上安装有连杆；曲面摇臂穿过上摆臂、下摆臂设置在相对的两个上摆臂和两个下摆臂的中间，曲面摇臂包括固定部、活动部，固定部安装固定在车架上，活动部安装在固定部上，相对固定部转动；弹簧的一端与曲面摇臂的活动部连接，另一端与下摆臂的连杆连接；推杆电机安装在车架上，推杆电机的推杆的端部与曲面摇臂的活动部连接。该悬架系统姿态调整的幅度大，可以较大幅度抑制侧倾。制侧倾。制侧倾。

【技术实现步骤摘要】
全地形车悬架系统、全地形车及全地形车的姿态控制方法


[0001]本专利技术属于全地形车
，具体涉及一种全地形车悬架系统、全地形车及全地形车的姿态控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着科技水平的提高和汽车行业的发展，主动悬架在车辆领域应用越来越广泛，处于主动悬架模式下车辆能够调整车身姿态使车身一直水平，提高车辆的平顺性以及安全性。然而，全地形车与普通车辆不同，全地形车工作环境一般比较复杂颠簸，在越过较高障碍或者车辆急转弯时侧倾角度过大(侧倾角度20
°
左右)，但现有主动悬架由于结构本身限制，导致调整姿态的幅度较小，仅能满足最大侧倾角10
°
左右的调整，超过后便很难使车身完全调整回水平状态，影响全地形车的行驶平顺性和安全性。另外，车辆处于主动悬架模式下能够提高车辆的平顺性以及安全性，但需要车辆持续提供动力；而悬架处于被动模式下，完全不消耗任何能量。为达到理想的车辆姿态控制效果，通常根据传感器采集的数据来判断当前道路条件是否切换悬架模式(主动悬架模式/被动悬架模式)，若切换主动悬架模式，则控制主动悬架上的作动器动作。然而，现有车辆上的传感器由于自身测量精度的限制和环境随机干扰的影响，测量结果往往会出现误差，特别对于全地形车而言，因其工作环境复杂、颠簸，干扰较大，导致传感器获取数据误差也较大，通常需要对原始数据进行滤波处理，这可以有效地消除毛刺数据(即噪声信息)，并可以减少频谱中的高频干扰，以此减少底盘震动等原因对数据采集传感器的影响。但通过普通卡尔曼滤波器处理信号误差较大，需要得到噪声统计特性，并且在复杂工况下抗干扰能力较弱，精度较低，导致无法对全地形车的姿态进行精准控制。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种全地形车悬架系统，该悬架系统姿态调整的幅度大，可以较大幅度抑制侧倾，保证全地形车在越过较高障碍或者急转弯时，仍能够通过悬架系统调整车身姿态，使车身一直水平，提高全地形车的平顺性以及安全性。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种全地形车悬架系统，包括两个相对设置的上摆臂、两个相对设置的下摆臂、曲面摇臂、两个弹簧、推杆电机、推杆电机控制器；其中，两个所述的上摆臂和下摆臂均为V型结构，上摆臂的前端与车架连接，上摆臂的末端与车轮上的羊角的上端连接，下摆臂的前端与车架连接，下摆臂的末端与车轮上的羊角的下端连接，下摆臂上安装有连杆；所述曲面摇臂穿过上摆臂、下摆臂设置在相对的两个上摆臂和两个下摆臂的中间，曲面摇臂包括固定部、活动部，固定部安装固定在车架上，活动部安装在固定部上，相对固定部转动；两个所述的弹簧的一端与曲面摇臂的活动部连接，另一端与下摆臂的连杆连接；所述推杆电机安装在车架上，推杆电机的推杆的端部与曲面摇臂的活动部连接，所述推杆电机控制器用于控制推杆电机动作。
[0006]作为本专利技术的优选，所述曲面摇臂上安装拉线位移传感器，所述拉线位移传感器用于检测弹簧压缩量，所述曲面摇臂的固定部上安装有连接轴，所述连接轴上安装有轴承，所述轴承的外圈安装第一连接板，所述活动部包括下连接部、上连接部，下连接部穿过轴承外圈与轴承上的第一连接板固连，上连接部固定在下连接部的顶端，上连接部是由两个对称设置的异性板和设置在两个异性板中间的第二连接板连接构成，两个对称设置的异性板的两侧在靠近边缘的位置开设第一安装孔，顶端在靠近边缘的位置开设第二安装孔，弹簧的上端通过螺杆、螺母安装在两个异性板的中间，推杆电机的推杆的端部通过螺杆、螺母安装在两个异性板的中间。
[0007]作为本专利技术的优选，所述上摆臂包括第一U型连接头、第一摆臂、第二摆臂，所述第一U型连接头与车轮上的羊角的上端铰接，所述第一摆臂、第二摆臂的末端固定在U型连接头上，第一摆臂、第二摆臂的前端与第一连接件铰接，所述第一连接件安装固定在车架上；所述下摆臂包括第二U型连接头、第三摆臂、第四摆臂，所述第二U型连接头与车轮上的羊角的下端铰接，所述第三摆臂、第四摆臂的末端固定在第二U型连接头上，第三摆臂、第四摆臂的前端与第二连接件铰接，所述第二连接件安装固定在车架上，第三摆臂、第四摆臂之间还安装有连杆。
[0008]本专利技术还提供一种全地形车，所述全地形车的悬架系统采用上述全地形车悬架系统，或优选的全地形车悬架系统。
[0009]作为本专利技术的优选，所述全地形车包括前轴系统、电器装备箱、后轴系统，所述前轴系统和后轴系统分别位于电器装备箱的前后两侧，前轴系统包括车架、悬架系统、转向系统和轮边驱动系统，所述车架可拆卸的连接于电器装备箱上，所述悬架系统和转向系统均装于车架上，所述悬架系统与轮边驱动系统之间设置有羊角，通过羊角使轮边驱动系统连接悬架系统和转向系统，所述悬架系统采用上述全地形车悬架系统或优选的全地形车悬架系统，所述后轴系统与前轴系统结构相同。
[0010]作为本专利技术的优选，所述转向系统包括转向电机、转向器、转向横拉杆，所述轮边驱动系统包括制动盘、轮毂电机和制动卡钳，轮毂电机装于羊角上，且羊角上设置有制动卡钳；所述电器装备箱内装有整车控制器、远程遥控装置、电子驻车制动系统、电池管理系统、电动助力转向系统、推杆电机控制器、惯性测量单元IMU和制动控制器；所述远程遥控装置、电子驻车制动系统、电池管理系统、电动助力转向系统、推杆电机控制器、惯性测量单元IMU和制动控制器均连接整车控制器，惯性测量单元IMU包括加速度计、陀螺仪，用于测量车体的三轴姿态角、三轴加速度。
[0011]本专利技术针对采用上述全地形悬架系统的全地形车提供一种姿态控制方法，该控制方法利用改进的Sage
‑
Husa自适应卡尔曼滤波器对原始数据处理，可以使所获信号即使在复杂工况下精度也较高，之后通过模糊PID控制方式和比例控制等方式控制悬架系统上的推杆电机的位移和速度，使车身一直水平。
[0012]本专利技术提供的全地形车的姿态控制方法，包括以下步骤：
[0013]步骤S1、全地形车在不同路况行驶时，全地形车上的惯性测量单元IMU采集数据，利用改进的Sage
‑
Husa自适应卡尔曼滤波对采集的原始数据进行处理，获得优化后的数据，根据优化后的数据计算全地形车此时侧倾角、侧倾角速度；
[0014]步骤S2、整车控制器根据惯性测量单元IMU获取的侧倾角、侧倾角速度以及拉线传
感器获取的悬架弹簧压缩量判断全地形车侧倾状态；若车辆侧倾角小于等于设定阈值，则以被动悬架模式行驶；若侧倾角大于设定阈值，且悬架系统上的弹簧的压缩行程大于设定阈值，则切换为主动悬架控制模式，执行步骤S3；
[0015]步骤S3、将车辆侧倾角、侧倾角速度数据输入模糊PID控制器，利用改进的模糊PID控制算法求解控制力F
u
；
[0016]步骤S4、将控制力F
u
输入比例控制器，分别求解前轴系统和后轴系统上的推杆电机所需的控制位移；
[0017]步骤S5、将推杆电机所需的控制位移输入二阶低通滤波器，经过二阶低通滤波后，求解推本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全地形车悬架系统，其特征在于，包括两个相对设置的上摆臂、两个相对设置的下摆臂、曲面摇臂、两个弹簧、推杆电机、推杆电机控制器；其中，两个所述的上摆臂和下摆臂均为V型结构，上摆臂的前端与车架连接，上摆臂的末端与车轮上的羊角的上端连接，下摆臂的前端与车架连接，下摆臂的末端与车轮上的羊角的下端连接，下摆臂上安装有连杆；所述曲面摇臂穿过上摆臂、下摆臂设置在相对的两个上摆臂和两个下摆臂的中间，曲面摇臂包括固定部、活动部，固定部安装固定在车架上，活动部安装在固定部上，相对固定部转动；两个所述的弹簧的一端与曲面摇臂的活动部连接，另一端与下摆臂的连杆连接；所述推杆电机安装在车架上，推杆电机的推杆的端部与曲面摇臂的活动部连接，所述推杆电机控制器用于控制推杆电机动作。2.根据权利要求1所述的一种全地形车悬架系统，其特征在于，所述曲面摇臂上安装拉线位移传感器，所述拉线位移传感器用于检测弹簧压缩量，所述曲面摇臂的固定部上安装有连接轴，所述连接轴上安装有轴承，所述轴承的外圈安装第一连接板，所述活动部包括下连接部、上连接部，下连接部穿过轴承外圈与轴承上的第一连接板固连，上连接部固定在下连接部的顶端，上连接部是由两个对称设置的异性板和设置在两个异性板中间的第二连接板连接构成，两个对称设置的异性板的两侧在靠近边缘的位置开设第一安装孔，顶端在靠近边缘的位置开设第二安装孔，弹簧的上端通过螺杆、螺母安装在两个异性板的中间，推杆电机的推杆的端部通过螺杆、螺母安装在两个异性板的中间。3.根据权利要求1所述的一种全地形车悬架系统，其特征在于，所述上摆臂包括第一U型连接头、第一摆臂、第二摆臂，所述第一U型连接头与车轮上的羊角的上端铰接，所述第一摆臂、第二摆臂的末端固定在U型连接头上，第一摆臂、第二摆臂的前端与第一连接件铰接，所述第一连接件安装固定在车架上；所述下摆臂包括第二U型连接头、第三摆臂、第四摆臂，所述第二U型连接头与车轮上的羊角的下端铰接，所述第三摆臂、第四摆臂的末端固定在第二U型连接头上，第三摆臂、第四摆臂的前端与第二连接件铰接，所述第二连接件安装固定在车架上，第三摆臂、第四摆臂之间还安装有连杆。4.一种全地形车，其特征在于，所述全地形车的悬架系统采用权利要求1或2或3所述的全地形车悬架系统。5.根据权利要求4所述的一种全地形车，其特征在于，所述全地形车包括前轴系统、电器装备箱、后轴系统，所述前轴系统和后轴系统分别位于电器装备箱的前后两侧，前轴系统包括车架、悬架系统、转向系统和轮边驱动系统，所述车架可拆卸的连接于电器装备箱上，所述悬架系统和转向系统均装于车架上，所述悬架系统与轮边驱动系统之间设置有羊角，通过羊角使轮边驱动系统连接悬架系统和转向系统，所述悬架系统采用权利要求1或2或3所述的全地形车悬架系统，所述后轴系统与前轴系统结构相同。6.根据权利要求5所述的一种全地形车，其特征在于，所述转向系统包括转向电机、转向器、转向横拉杆，所述轮边驱动系统包括制动盘、轮毂电机和制动卡钳，轮毂电机装于羊角上，且羊角上设置有制动卡钳；所述电器装备箱内装有整车控制器、远程遥控装置、电子驻车制动系统、电池管理系统、电动助力转向系统、推杆电机控制器、惯性测量单元IMU和制动控制器；所述远程遥控装置、电子驻车制动系统、电池管理系统、电动助力转向系统、推杆电机控制器、惯性测量单元IMU和制动控制器均连接整车控制器，惯性测量单元IMU包括加速度计、陀螺仪，用于测量车体的三轴姿态角、三轴加速度。
7.权利要求4或5或6所述的全地形车的姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、全地形车在不同路况行驶时，全地形车上的惯性测量单元IMU采集数据，利用改进的Sage
‑
Husa自适应卡尔曼滤波对采集的原始数据进行处理，获得优化后的数据，根据优化后的数据计算全地形车此时侧倾角、侧倾角速度；步骤S2、整车控制器根据惯性测量单元IMU获取的侧倾角、侧倾角速度以及拉线传感器获取的悬架弹簧压缩量判断全地形车侧倾状态；若车辆侧倾角小于等于设定阈值，则以被动悬架模式行驶；若侧倾角大于设定阈值，且悬架系统上的弹簧的压缩行程大于设定阈值，则切换为主动悬架控制模式，执行步骤S3；步骤S3、将车辆侧倾角、侧倾角速度数据输入模糊PID控制器，利用改进的模糊PID控制算法求解控制力F
u
；步骤S4、将控制力F
u
输入比例控制器，分别求解前轴系统和后轴系统上的推杆电机所需的控制位移；步骤S5、将推杆电机所需的控制位移输入二阶低通滤波器，经过二阶低通滤波后，求解推杆电机的控制速度；步骤S6、整车控制器将求解的控制位移和控制速度发送给推杆电机控制器，推杆电机控制器控制推杆电机输出一组抑制侧倾转矩M
u1，2
，分别控制前后轴系统上的推杆电机运动速度和位移u'
e
，将车辆的侧倾角抑制在一个较小的范围内，此时一轮姿态调节结束；步骤S7、获取下一时刻车辆状态，重复执行步骤S1至S6，直至惯性测量单元IMU获取车辆相关数据判断无需主动控制，则以被动悬架模式继续行驶。8.根据权利要求7所述的全地形车的姿态控制方法，其特征在于，步骤S1采用改进的Sage
‑
Husa自适应卡尔曼滤波对原始数据处理的方法如下：(1)建立卡尔曼滤波器的系统模型和观测模型；其中，X
k
为t
k
时刻下1维系统向量，X
k+1
为t
k+1
时刻下1维系统向量，Y
k+1
为t
k+1
时刻下1维观测向量,F
k+1，k
为系统从t
k
时刻到t
k+1
时刻的状态转移矩阵，G
k
为t
k
时刻下系统噪声矩阵，H
k+1
为t
k+1
时刻测量矩阵；W
k
为t
k
时刻下1维系统过程噪声，均值为q
k
；V
k
为t
k
时刻下1维观测噪声，均值为r

【专利技术属性】
技术研发人员：吴量，李书丞，万锦程，郑博远，蒲永锋，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：