一种汽车主动悬架控制方法技术

本发明专利技术公开了一种汽车主动悬架控制方法，包括传感数据采集单元、路况状态感知单元、模式切换控制单元、专家数据标定单元、闭环控制力修正单元和主动悬架控制单元。其中，传感数据采集单元用于采集车辆数据；路况状态感知单元用于判断车辆行驶工况，包括但不限于颠簸路面、冰雪泥泞路面、坡道路面、转弯路面和水平良好路面；模式切换控制单元用于根据不同的车辆行驶工况采用不同的感知模式，包括强感知模式、中感知模式和弱感知模式；专家数据标定单元通过仿真、实车标定和经验分析，集成专家数据库；闭环修正力修正单元用于构建闭环修正函数，进而修正主动悬架控制力；主动悬架控制单元用于控制底盘升降，实现车身姿态调整。实现车身姿态调整。实现车身姿态调整。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车主动悬架控制方法


[0001]本专利技术涉及一种汽车主动悬架控制方法。

技术介绍

[0002]目前车辆的智能化程度越来越高，逐渐出现了无人驾驶汽车。在开发无人驾驶汽车的ADAS功能和AD功能时，为保障无人驾驶汽车的安全性及可靠性，相关功能的开发大多集中于对环境感知、路径规划以及决策控制的研究，并没有考虑到无人驾驶条件下的主动悬架控制技术，因此如何有效保证无人驾驶车辆在不同道路工况下行驶时的车身水平，提升车辆的平顺性以及舒适性成为了申请人亟待解决的技术问题。为改善这些问题，本专利技术提出了一种汽车主动悬架控制方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种汽车主动悬架控制方法，以解决上述
技术介绍
中所面临的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种汽车主动悬架控制方法，包括传感数据采集单元、路况状态感知单元、模式切换控制单元、专家数据标定单元、闭环控制力修正单元、主动悬架控制单元。
[0005]所述传感数据采集单元包括质心侧偏角传感器、车身侧倾角传感器、车身垂向加速度传感器、车身俯仰角传感器、驾驶室摄像头、车速传感器、车身高度传感器和前轮转角测量系统；分别用于获取质心侧偏角、车身侧倾角、车身垂向加速度、车身俯仰角、驾驶员周摆距离、车辆纵向车速、悬架高度变化和前轮转角；根据上述采集的数据，设计颠簸因子用于评价颠簸路面颠簸程度的综合性能；引入转弯因子用于评价汽车转弯时的侧翻风险和侧翻程度；
[0006]所述路况状态感知单元包括地图、导航、摄像头、道路工况数据库、路面状况监测仪；导航和地图用于获取当前车辆位置；所述摄像头用于获取车辆前后侧向的障碍物、道路坡度大小和地面凹凸程度；所述道路工况数据库根据当前车辆位置、障碍物、道路坡度、地面凹凸程度和离线道路库，判别道路工况，包括但不限于颠簸路面、冰雪泥泞路面、坡道路面、转弯路面和水平良好路面；所述路面状况监测仪包括前端采集信号核心传感器、主机采集系统、无线网、服务器，用于监测路面积水、雪厚、雨雪量、干湿状况等实时数据的变化，获取道路粘性因子和道路湿度系数；通过聚类分析法对不同的冰雪泥泞路面工况进行分析，进而设置环境湿潮系数；
[0007]所述模式切换控制单元包括强感知模式、中感知模式和弱感知模式，根据所述识别不同路面情况采用不同的感知模式，不同感知模式获取的车辆状态参数数量和种类不同；
[0008]所述专家数据标定单元包括通过对多种自定义类型车辆选择100种不同颠簸路况进行仿真、实车标定和经验分析，形成车辆在不同车速和不同路况下主动悬架控制力输出，
集成专家数据库；
[0009]所述闭环控制力修正单元包括通过传感数据采集单元获取的质心侧偏角、车身侧倾角、车身垂向加速度、车身俯仰角构建闭环修正函数，得到不同自定义车型的修正力，进而修正主动悬架控制力；
[0010]所述主动悬架控制单元包括压力传感器、高度传感器、空气弹簧、阻尼连续可调减振器、电磁阀、气泵、储气罐、电子控制单元。
[0011]所述路况状态感知单元判断车辆行驶道路工况为颠簸路面；
[0012]工况为颠簸路面时，所述模式切换控制单元采用强感知模式，所述传感数据采集单元中的质心侧偏角传感器获取质心侧偏角β，权重系数取值范围为0到1，越小表示车辆在运动过程中侧偏程度越小，操纵稳定性越好，时表示质心侧偏角为0
°
；越大表示车辆在运动过程中侧偏程度越大，操纵稳定性越差，时表示质心侧偏角为90
°
；
[0013]根据以下公式计算质心侧偏角均方根值：
[0014][0015]其中：β
t
为t时刻采集到的质心侧偏角；
[0016]N1为质心侧偏角采样个数，N1＝T/ns1；
[0017]T为时间周期；
[0018]ns1为质心侧偏角信号采集周期；
[0019]所述传感数据采集单元中的车身侧倾角传感器获取车身侧倾角权重系数取值范围为0到1，越小表示车辆在运动过程中侧倾程度越小，车辆侧翻概率越低，时表示车身侧倾角为0
°
；越大表示车辆在运动过程中侧倾程度越大，车辆侧翻概率越高，时表示车身侧倾角为90
°
；
[0020]根据以下公式计算车身侧倾角均方根值：
[0021][0022]其中：为t时刻采集到的车身侧倾角；
[0023]N2为车身侧倾角采样个数，N2＝T/ns2；
[0024]T为时间周期；
[0025]ns2为车身侧倾角信号采集周期；
[0026]所述传感数据采集单元中的车身垂向加速度传感器获取车身垂向加速度a
z
，权重系数系数取值范围为0到1，越小表示车辆在运动过程中垂向振动越小，车轮脱离地面概率越低，乘坐舒适性越好，时表示车辆无垂向振动；越大表示车辆在运动过程中垂向振动越大，车轮脱离地面概率越高，乘坐舒适性越差，时表示车轮脱离地面；
[0027]根据以下公式计算车身垂向加速度均方根值：
[0028][0029]其中：a
zt
为t时刻采集到的车身垂向加速度；
[0030]N3为车身垂向加速度采样个数，N3＝T/ns3；
[0031]T为时间周期；
[0032]ns3为车身垂向加速度信号采集周期；
[0033]所述传感数据采集单元中的车身俯仰角传感器获取车身俯仰角θ，权重系数取值范围为0到1，越小表示车辆在运动过程中俯仰程度越小，车辆前后悬架高度差较小，0时表示车辆行驶平顺；越大表示车辆在运动过程中俯仰程度越大，车辆前后悬架高度差较大，时表示车辆仰翻或俯翻；
[0034]根据以下公式计算车身俯仰角均方根值：
[0035][0036]其中：θ
t
为t时刻采集到的车身俯仰角；
[0037]N4为车身俯仰角采样个数，N4＝T/ns4；
[0038]T为时间周期；
[0039]ns4为车身俯仰角信号采集周期；
[0040]所述传感数据采集单元中的驾驶室摄像头获取驾驶员周摆距离s，周摆权重系数取值范围为0到1，驾驶员在颠簸路面上行车时，由于路面颠簸使得驾驶员会产生前、后、左、右方向上的晃动，晃动幅度越小，周摆距离越小，道路颠簸对驾驶员影响越小；晃动幅度越大，周摆距离越大，道路颠簸对驾驶员影响越大；
[0041]根据以下公式计算驾驶员周摆距离均方根值：
[0042][0043]其中：s
t
为t时刻采集到的驾驶员周摆距离；
[0044]N5为驾驶员周摆距离采样个数，N5＝T/ns5；
[0045]T为时间周期；
[0046]ns5为驾驶员周摆距离信号采集周期；
[0047]设计用于评价颠簸路面颠簸程度的综合性能指标函数：
[0048]将其转化为矩阵形式如下：
[0049][0050][0051]式中，ρ为颠簸因子，Q
e
为参数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车主动悬架控制方法，其特征在于，包括：传感数据采集单元，路况状态感知单元，模式切换控制单元，专家数据标定单元，闭环控制力修正单元，主动悬架控制单元；所述传感数据采集单元包括质心侧偏角传感器、车身侧倾角传感器、车身垂向加速度传感器、车身俯仰角传感器、驾驶室摄像头、车速传感器、车身高度传感器和前轮转角测量系统；分别用于获取质心侧偏角、车身侧倾角、车身垂向加速度、车身俯仰角、驾驶员周摆距离、车辆纵向车速、悬架高度变化和前轮转角；根据上述采集的数据，设计颠簸因子用于评价颠簸路面颠簸程度的综合性能；引入转弯因子用于评价汽车转弯时的侧翻风险和侧翻程度；所述路况状态感知单元包括地图、导航、摄像头、道路工况数据库、路面状况监测仪；导航和地图用于获取当前车辆位置；所述摄像头用于获取车辆前后侧向的障碍物、道路坡度大小和地面凹凸程度；所述道路工况数据库根据当前车辆位置、障碍物、道路坡度、地面凹凸程度和离线道路库，判别道路工况，包括但不限于颠簸路面、冰雪泥泞路面、坡道路面、转弯路面和水平良好路面；所述路面状况监测仪包括前端采集信号核心传感器、主机采集系统、无线网、服务器，用于监测路面积水、雪厚、雨雪量、干湿状况等实时数据的变化，获取道路粘性因子和道路湿度系数；通过聚类分析法对不同的冰雪泥泞路面工况进行分析，进而设置环境湿潮系数；所述模式切换控制单元包括强感知模式、中感知模式和弱感知模式，根据所述识别不同路面情况采用不同的感知模式，不同感知模式获取的车辆状态参数数量和种类不同；所述专家数据标定单元包括通过对多种自定义类型车辆选择100种不同颠簸路况进行仿真、实车标定和经验分析，形成车辆在不同车速和不同路况下主动悬架控制力输出，集成专家数据库；所述闭环控制力修正单元包括通过传感数据采集单元获取的质心侧偏角、车身侧倾角、车身垂向加速度、车身俯仰角构建闭环修正函数，得到不同自定义车型的修正力，进而修正主动悬架控制力；所述主动悬架控制单元包括压力传感器、高度传感器、空气弹簧、阻尼连续可调减振器、电磁阀、气泵、储气罐、电子控制单元。2.根据权利要求1所述的一种汽车主动悬架控制方法，其特征在于，所述路况状态感知单元判断车辆行驶道路工况为颠簸路面；工况为颠簸路面时，所述模式切换控制单元采用强感知模式，所述传感数据采集单元中的质心侧偏角传感器获取质心侧偏角β，权重系数中的质心侧偏角传感器获取质心侧偏角β，权重系数取值范围为0到1，越小表示车辆在运动过程中侧偏程度越小，操纵稳定性越好，时表示质心侧偏角为0
°
；越大表示车辆在运动过程中侧偏程度越大，操纵稳定性越差，时表示质心侧偏角为90
°
；根据以下公式计算质心侧偏角均方根值：其中：β
t
为t时刻采集到的质心侧偏角；N1为质心侧偏角采样个数，N1＝T/ns1；
T为时间周期；ns1为质心侧偏角信号采集周期；所述传感数据采集单元中的车身侧倾角传感器获取车身侧倾角权重系数权重系数取值范围为0到1，越小表示车辆在运动过程中侧倾程度越小，车辆侧翻概率越低，时表示车身侧倾角为0
°
；越大表示车辆在运动过程中侧倾程度越大，车辆侧翻概率越高，时表示车身侧倾角为90
°
；根据以下公式计算车身侧倾角均方根值：其中：为t时刻采集到的车身侧倾角；N2为车身侧倾角采样个数，N2＝T/ns2；T为时间周期；ns2为车身侧倾角信号采集周期；所述传感数据采集单元中的车身垂向加速度传感器获取车身垂向加速度a
z
，权重系数，权重系数取值范围为0到1，越小表示车辆在运动过程中垂向振动越小，车轮脱离地面概率越低，乘坐舒适性越好，时表示车辆无垂向振动；越大表示车辆在运动过程中垂向振动越大，车轮脱离地面概率越高，乘坐舒适性越差，时表示车轮脱离地面；根据以下公式计算车身垂向加速度均方根值：其中：a
zt
为t时刻采集到的车身垂向加速度；N3为车身垂向加速度采样个数，N3＝T/ns3；T为时间周期；ns3为车身垂向加速度信号采集周期；所述传感数据采集单元中的车身俯仰角传感器获取车身俯仰角θ，权重系数所述传感数据采集单元中的车身俯仰角传感器获取车身俯仰角θ，权重系数取值范围为0到1，越小表示车辆在运动过程中俯仰程度越小，车辆前后悬架高度差较小，越小表示车辆在运动过程中俯仰程度越小，车辆前后悬架高度差较小，时表示车辆行驶平顺；越大表示车辆在运动过程中俯仰程度越大，车辆前后悬架高度差较大，时表示车辆仰翻或俯翻；根据以下公式计算车身俯仰角均方根值：其中：θ
t
为t时刻采集到的车身俯仰角；N4为车身俯仰角采样个数，N4＝T/ns4；T为时间周期；
ns4为车身俯仰角信号采集周期；所述传感数据采集单元中的驾驶室摄像头获取驾驶员周摆距离s，周摆权重系数所述传感数据采集单元中的驾驶室摄像头获取驾驶员周摆距离s，周摆权重系数取值范围为0到1，驾驶员在颠簸路面上行车时，由于路面颠簸使得驾驶员会产生前、后、左、右方向上的晃动，晃动幅度越小，周摆距离越小，道路颠簸对驾驶员影响越小；晃动幅度越大，周摆距离越大，道路颠簸对驾驶员影响越大；根据以下公式计算驾驶员周摆距离均方根值：其中：s
t
为t时刻采集到的驾驶员周摆距离；N5为驾驶员周摆距离采样个数，N5＝T/ns5；T为时间周期；ns5为驾驶员周摆距离信号采集周期；设计用于评价颠簸路面颠簸程度的综合性能指标函数：将其转化为矩阵形式如下：将其转化为矩阵形式如下：式中，ρ为颠簸因子，Q
e
为参数权重修正矩阵，其中为参数权重修正矩阵，其中为1
×
1的高斯白噪声。3.根据权利要求2所述的一种汽车主动悬架控制方法，其特征在于，在同一路面下对于不同车型的性能要求各不相同，根据车型的不同，将车型自定义分为A型车、B型车、C型车，其中A型车为轴距小于2700mm的小型车，B型车为轴距在2700至2850mm之间的中型车，C型车为轴距大于2850mm之间的大型车；以下简称i型车，其中i取值为A、B、C；对于A型车，预设颠簸因子范围为[ρ
Amin
,ρ
Amax
]，当ρ＜ρ
Amin
时，车辆被判为处于颠簸低风险区间；当ρ
Amin
≤ρ≤ρ
Amax
时，若车速低于65km/h时，车辆被判为处于颠簸低风险区间，若车速大于65km/h且小于70km/h时，车辆被判为处于颠簸中风险区间，若车速高于70km/h时，车辆被判为处于颠簸高风险区间；当ρ＞ρ
Amax
时，车辆被判为处于颠簸高风险区间；对于B型车，预设颠簸因子范围为[ρ
Bmin
,ρ
Bmax
]，当ρ＜ρ
Bmin
时，车辆被判为处于颠簸低风险区间；当ρ
Bmin
≤ρ≤ρ
Bmax
时，若车速低于55km/h时，车辆被判为处于颠簸低风险区间，若车速大于55km/h且小于60km/h时，车辆被判为处于颠簸中风险区间，若车速高于60km/h时，车辆被判为处于颠簸高风险区间；当ρ＞ρ
Bmax
时，车辆被判为处于颠簸高风险区间；
对于C型车，预设颠簸因子范围为[ρ
Cmin
,ρ
Cmax
]，当ρ＜ρ
Cmin
时，车辆被判为处于颠簸低风险区间；当ρ
Cmin
≤ρ≤ρ
Cmax
时，若车速低于45km/h时，车辆被判为处于颠簸低风险区间，若车速大于45km/h且小于50km/h时，车辆被判为处于颠簸中风险区间，若车速高于50km/h时，车辆被判为处于颠簸高风险区间；当ρ＞ρ
Cmax
时，车辆被判为处于颠簸高风险区间。4.根据权利要求1所述的一种汽车主动悬架控制方法，其特征在于，所述专家数据标定单元包括以下步骤：步骤1：针对不同类型车辆选择100种不同颠簸路况进行仿真、实车标定和经验分析，形成i型车在不同车速和不同路况下主动悬架控制力输出，形成专家数据库；步骤2：根据权利要求3所述不同车型车辆处于不同的颠簸风险区间和不同的车辆速度，比对专家数据库可以得到i型车辆左右两侧四个车轮所需的主动悬架控制力为[F
iFL F
iFR F
iRL F
iRR
]；其中，F
iFL
为i型车左前轮主动悬架控制力，F
iFR
为i型车右前轮主动悬架控制力，F
iRL
为i型车左后轮主动悬架控制力，F
iRR
为i型车右后轮主动悬架控制力。5.根据权利要求1所述的一种汽车主动悬架控制方法，其特征在于，所述闭环控制力修正单元用于修正所述权力要求4中的四个车轮主动悬架控制力；对于根据质心侧偏角β、车身侧倾角车身垂向加速度a
z
、车身俯仰角θ构建i型车闭环修正函数计算i型车闭环修正力F
ib
＝k
i
f
i
，其中k
i
为i型车闭环修正函数系数，约束条件为0＜k
i
≤1；i型车最优主动悬架控制力输出：其中，F
iZFL
为i型车左前轮最优主动悬架输出控制力,F
iZFR
为i型车右前轮最优主动悬架输出控制力,F
iZRL
为i型车左后轮最优主动悬架输出控制力,F
iZRR
为i型车右后轮最优主动悬架输出控制力；所述主动悬架控制单元中的电子控制单元接收四个车轮最优主动悬架输出控制力，通过调整电磁阀的开闭来实现空气弹簧充放气和控制阻尼连续可调减振器的阻尼来实现车身姿态调整，利用比例—积分—微分闭环反馈控制来调节主动悬架空气弹簧的刚度和阻尼连续可调减振器的阻尼。6.根据权利要求1所述的一种汽车主动悬架控制方法，其特征在于，所述路况状态感知单元判断车辆行驶道路工况为冰雪泥泞路面；冰雪泥泞路面包括以下步骤：步骤1：工况为冰雪泥泞路面时，模式切换控制单元采用强感知模式，对冰雪泥泞路面工况相关参数进行聚类法分析，具体步骤如下：步骤1.1：设置n个样本对象，用x1,x2,
…
,x
n
表示；在车辆行驶过程中进行多时段数据采集，每个样本对象包含m个数据指标x
i1
,x
i2
,
…
,x
im
,i＝1,2,
…
,n，通过构造论域U和数据矩阵X实现样本对象参数化：U＝{x1,x2,
…
,x
n
}，
式中，x
im
表示第i个样本对象的m种数据；步骤1.2：对参数化后的样本对象进行标准平移化和平移极差化处理：步骤1.2：对参数化后的样本对象进行标准平移化和平移极差化处理：步骤1.2：对参数化后的样本对象进行标准平移化和平移极差化处理：式中，表示在n个样本对象中第k种数据的平均值，s
k
表示在n个样本对象中第k种数”'据的均方差，x
ik
表示第i个样本对象中第k种数据的无量纲值，x
ik
表示第i个样本对象中第k种数据的计算值；步骤1.3：计算样本对象间的相似程度，第i个与第j个样本对象的相似程度r
ij
：依次计算出所有样本对象之间的相似程度，构成相似矩阵R,并简化为三角矩阵R
*
：步骤1.4：根据三角矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩嘉伟，郑宏宇，宗长富，靳立强，肖峰，张旭，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：