一种横向互联空气悬架仿天棚互联状态控制系统及控制方法与流程

本发明涉及一种车辆空气悬架系统，具体涉及一种具有横向互联结构的空气悬架系统及控制方法。

背景技术：

空气悬架因具有理想的刚度特性和便于车身高度调节等特点，在汽车领域的应用日益增多。为进一步提升空气悬架动力学性能，在传统空气悬架基础上，国内外学者提出了诸多衍生结构，互联空气悬架便属其中之一。互联空气悬架可分为横向互联与纵向互联，其中横向互联为利用气动管路将车辆同轴空气弹簧连接在一起的互联方式，而纵向互联为利用气动管路将同侧空气弹簧连接在一起的互联方式。国内外研究表明，空气弹簧互联可提升空气悬架的隔振与消扭能力，是进一步提升空气悬架车辆行驶平顺性的途径之一，且相比于纵向互联，横向互联空气悬架可利用更短更细的互联管路达到相同的互联效果，更适用于底盘空间有限的车辆。虽然互联空气悬架有以上优点，但目前仅纵向互联空气悬架在重型货车领域投入商业应用，且应用范围不广，而横向互联空气悬架尚未投入生产实际。造成这一现象的主要原因，是由于目前缺乏成熟的互联状态控制理论，因而无法弥补由于空气弹簧互联导致的侧倾刚度或俯仰刚度下降的问题。

互联悬架依据传力介质可分为互联空气悬架、互联液压悬架和互联油气悬架等。根据互联液压悬架、互联油气悬架领域的研究结果，如江苏大学汪若尘等的发明专利《一种液压互联馈能悬架及其控制方法》、郭孔辉等的发明专利《灵活交连减振器及交连悬架系统》，通过实施互联状态控制，可在有效缓解车辆行驶平顺性与操纵稳定性的矛盾。由于互联悬架工作原理的相似性，有理由认为，若能建立合理的空气悬架互联状态控制策略，同样可缓解这一矛盾，从而弥补互联空气悬架的缺点。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，同时结合互联空气悬架领域最新研究成果，本发明提出一种横向互联空气悬架互联状态控制系统及控制方法，它参考了天棚阻尼控制思想，引入“簧上质量侧倾角”和“簧下质量侧倾角”两个控制参数，依据不同行驶工况下传感器系统测得的实际参数计算两项控制参数，控制系统依据控制参数的变化输出合理的控制信号至控制电路，控制电路依据控制信号驱动电磁阀开闭以改变互联空气悬架的互联状态，以调节车辆的侧倾特性，从而实现对车辆行驶的平顺性和操纵稳定性的协调控制。

本发明的技术方案：

一种空气悬架互联状态控制系统，它包括传感器模块、互联状态控制模块和互联状态执行模块；

所述传感器模块包括分别安装于第一簧下质量、第二簧下质量、第三簧下质量、第四簧下质量处的第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器，分别用于采集空气弹簧的形变量L₁、L₂、L₃、L₄，并将采集到的空气弹簧的形变量转换为电压信号提供给互联状态控制模块；以及安装于簧上质量质心处的倾角传感器，用于测量簧上质量侧倾角θ；

所述互联状态控制模块为控制系统，用于根据传感器模块采集的空气弹簧的形变量L₁、L₂、L₃、L₄以及簧上质量侧倾角θ，利用公式分别计算前轴簧下质量侧倾角θ_t1、后轴簧下质量侧倾角θ_t2，其中B_w为左右簧下质量质心间的水平距离；并根据θ(θ-θ_t1)、θ(θ-θ_t2)的大小，形成互联状态控制信号，向所述互联状态执行模输出控制决策；

所述互联状态执行模块包括第一电磁阀、第二电磁阀和驱动电路，第一电磁阀安装于前轴空气弹簧互联管路上，第一电磁阀的进气口与位于左侧的第二空气弹簧的充气口相连，第一电磁阀的出气口与位于右侧的第一空气弹簧充气口相连；第二电磁阀安装于后轴空气弹簧互联管路上，第二电磁阀的进气口与位于左侧的第四空气弹簧充气口相连，第二电磁阀的出气口与位于右侧的第三空气弹簧充气口相连；所述驱动电路与控制系统、第一电磁阀、第二电磁阀相连，根据控制系统输出的互联状态控制信号，对第一电磁阀和第二电磁阀发出驱动信号，以控制第一电磁阀和第二电磁阀的开闭状态。

进一步地，所述第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器均为拉线式传感器。

进一步地，所述第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器的上端分别安装于第一簧下质量、第二簧上质量、第三簧上质量、第四簧上质量上，下端分别安装于第一簧下质量、第二簧下质量、第三簧下质量、第四簧下质量上。

所述的空气悬架互联状态控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤1：倾角传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器实时采集簧上质量侧倾角θ和第一空气弹簧、第二空气弹簧、第三空气弹簧、第四空气弹簧的形变量L₁、L₂、L₃、L₄，并将采集到的信息转化为电信号提供给控制系统；

步骤2：控制系统根据传感器模块提供的簧上质量侧倾角θ、第一空气弹簧的形变量第二空气弹簧、第三空气弹簧、第四空气弹簧的形变量L₁、L₂、L₃、L₄和左右簧下质量质心间的水平距离Bw，计算前轴簧下质量侧倾角θ_t1、后轴簧下质量侧倾角θ_t2，计算公式如下：

步骤3：控制系统根据θ(θ-θ_t1)、θ(θ-θ_t2)的大小输出控制决策：

若θ(θ-θ_t1)＞0，则控制系统向驱动电路输出第一电磁阀“关闭”信号，驱动电路对第一电磁阀输出低电平信号，第一电磁阀关闭；

若θ(θ-θ_t1)≤0，则控制系统向驱动电路输出第一电磁阀“开启”信号，驱动电路对第一电磁阀输出高电平信号，第一电磁阀开启；

若θ(θ-θ_t2)＞0，则控制系统向驱动电路输出第二电磁阀“关闭”信号，驱动电路对第二电磁阀输出低电平信号，第二电磁阀关闭；

若θ(θ-θ_t2)≤0，则控制系统向驱动电路输出第二电磁阀“开启”信号，驱动电路对第二电磁阀输出高电平信号，第二电磁阀开启。

本发明将左右两空气弹簧的气室用设有电磁阀的气动管路连接，通过传感器模块测得的车辆行驶工况的变化，根据互联状态控制算法，改变互联空气悬架的互联状态，以达到合理调整悬架侧倾刚度、有效抑制簧上质量垂向运动的目的。同时本发明也具有结构简单、成本低、鲁棒性高等优点。

附图说明

图1为本发明所涉及横向互联空气悬架仿天棚状态控制系统结构示意图。

图2为本发明所涉及仿天棚状态控制系统前轴横向互联空气悬架结构示意图。

图3为本发明所涉及横向互联空气悬架仿天棚状态控制系统控制流程。

图中：

1-第一簧下质量，2-第一位移传感器，3-第一空气悬架，4-第一电磁阀，5-第二空气悬架，6-第二位移传感器，7-第二簧下质量，8-第三簧下质量，9-第三位移传感器，10-第三空气悬架，11-第二电磁阀，12-第四空气悬架，13-第四位移传感器，14-第四簧下质量，15-倾角传感器，16-控制系统，17-驱动电路，18-簧上质量，19-第一空气弹簧，20-第一减震器，21-第二减震器，22第二空气弹簧。

具体实施方案

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明所述的横向互联空气悬架仿天棚状态控制系统如图1所示，包括：传感器模块、互联状态控制模块和互联状态执行模块。所述传感器模块用于实时采集车辆行驶工况信息，并将信息提供给互联状态控制模块；所述互联状态控制模块可根据传感器模块提供的车辆行驶工况的信息，根据一种横向互联空气悬架仿天棚互联状态控制算法，形成互联状态控制信号，提供给互联状态执行模块；所述互联状态执行模块根据互联状态控制模块提供的互联状态控制信号，执行指令。

所述传感器模块包括分别安装于第一簧下质量1、第二簧下质量7、第三簧下质量8、第四簧下质量14处的第一位移传感器2、第二位移传感器6、第三位移传感器9、第四位移传感器13，分别用于采集空气弹簧的形变量L₁、L₂、L₃、L₄，并将采集到的空气弹簧的形变量转换为电压信号提供给互联状态控制模块。以及安装于簧上质量质心处的倾角传感器15，用于测量簧上质量侧倾角θ。所述第一位移传感器2、第二位移传感器6、第三位移传感器9、第四位移传感器13均为拉线式传感器。所述第一位移传感器2、第二位移传感器6、第三位移传感器9、第四位移传感器13的上端分别安装于第一簧下质量1、第二簧上质量、第三簧上质量、第四簧上质量上，下端分别安装于第一簧下质量1、第二簧下质量7、第三簧下质量8、第四簧下质量14上。

所述互联状态控制模块为控制系统16，用于根据传感器模块采集的空气弹簧的形变量L₁、L₂、L₃、L₄以及簧上质量侧倾角θ，利用公式分别计算前轴簧下质量侧倾角θ_t1、后轴簧下质量侧倾角θ_t2，其中B_w为左右簧下质量质心间的水平距离；并根据θ(θ-θ_t1)、θ(θ-θ_t2)的大小，形成互联状态控制信号，向所述互联状态执行模输出控制决策。

所述互联状态执行模块包括第一电磁阀4、第二电磁阀11和驱动电路17，第一电磁阀4安装于前轴空气弹簧互联管路上，第一电磁阀4的进气口与位于左侧的第二空气弹簧22的充气口相连，第一电磁阀4的出气口与位于右侧的第一空气弹簧充气口相连。第二电磁阀11安装于后轴空气弹簧互联管路上，第二电磁阀11的进气口与位于左侧的第四空气弹簧充气口相连，第二电磁阀11的出气口与位于右侧的第三空气弹簧充气口相连；所述驱动电路17与控制系统16、第一电磁阀4、第二电磁阀11相连，根据控制系统16输出的互联状态控制信号，对第一电磁阀4和第二电磁阀11发出驱动信号，以控制第一电磁阀4和第二电磁阀11的开闭状态。当驱动电路17输出高电平信号时，电磁阀打开，左右空气悬架之间可发生气体交换。当驱动电路17输出低电平信号时，电磁阀关闭，左右空气悬架之间不能发生气体交换。

图2所示为车辆前轴横向互联空气悬架，第一空气悬架3由第一空气弹簧19和第一减振器20组成，其上方承载质量为第一簧上质量18，其下方连接质量为第一簧下质量11。第二空气悬架5由第二空气弹簧22和第二减振器21组成，其上方承载质量为第二簧上质量18，其下方连接质量为第二簧下质量7。簧上质量侧倾角θ由倾角传感器15测得，第一空气弹簧19、第二空气弹簧22的形变量L₁、L₂由第一位移传感器2、第二位移传感器6测得。同轴左、右簧下质量质心连线与水平面夹角为簧下质量侧倾角θ_t，则前、后轴簧下质量侧倾角为θ_t1、θ_t2，左右簧下质量质心间的水平距离为B_w。

下面以前轴为例给出横向互联空气悬架仿天棚互联状态控制步骤，如图3所示。

步骤1：倾角传感器15、拉线式第一位移传感器2、第二位移传感器6实时采集簧上质量侧倾角θ和第一空气弹簧19、第二空气弹簧22的形变量L₁和L₂，并将采集到的信息转化为电信号提供给控制系统16。

步骤2：控制系统16根据传感器模块提供的簧上质量侧倾角θ、空气弹簧的形变量L₁、L₂和左右簧下质量质心间的水平距离Bw，计算前轴簧下质量侧倾角θ_t1，计算公式如下：

步骤3：控制系统16根据θ(θ-θ_t1)的大小输出控制决策。

若θ(θ-θ_t1)＞0，则控制系统16输出“关闭”信号，驱动电路17对第一电磁阀4输出低电平信号，第一电磁阀4关闭；

若θ(θ-θ_t1)≤0，则控制系统16输出“开启”信号，驱动电路17对第一电磁阀4输出高电平信号，第一电磁阀4开启。

第一电磁阀4和第二电磁阀11的开闭状态相互独立，控制系统16依据拉线式第一位移传感器2、第二位移传感器6采集的空气弹簧形变量L₁、L₂和倾角传感器15采集的簧上质量侧倾角θ，对第一电磁阀4进行控制；控制系统16依据第三位移传感器9、第四位移传感器13采集的空气弹簧形变量L₃、L₄和倾角传感器15采集的簧上质量侧倾角θ，对后轴的第二电磁阀11进行控制。

后轴簧下质量侧倾角θ_t2，计算公式如下：

控制系统16根据θ(θ-θ_t2)的大小输出控制决策，若θ(θ-θ_t2)＞0，则控制系统16向驱动电路输出第二电磁阀11“关闭”信号，驱动电路17对第二电磁阀11输出低电平信号，第二电磁阀11关闭；

若θ(θ-θ_t2)≤0，则控制系统16向驱动电路输出第二电磁阀11“开启”信号，驱动电路17对第二电磁阀11输出高电平信号，第二电磁阀11开启。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。