车辆空气悬架非线性刚度实时最优控制的设计方法
【专利摘要】本发明涉及车辆空气悬架非线性刚度实时最优控制的设计方法，属于车辆空气悬架【技术领域】，其特征在于：根据车辆空气弹簧的非线性刚度特性，及车辆当前行驶状态下的悬架实时最优阻尼比，通过分析计算，得到车辆空气悬架的实时最优刚度值及与高度之间的关系，通过控制空气弹簧的高度，实现对空气悬架最优刚度的实时控制。利用本发明可简单、可靠地对车辆空气悬架非线性刚度实时最优控制进行设计，并且可降低设计及试验费用，提高车辆行驶平顺性和乘坐舒适性。
【专利说明】车辆空气悬架非线性刚度实时最优控制的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车辆空气悬架，特别是车辆空气悬架非线性刚度实时最优控制的设计 方法。
【背景技术】
[0002] 空气悬架的核心部件是空气弹簧，其原理是利用气体的可压缩性实现弹性作用， 从而提高车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性。据所查阅资料可知，由于受空气弹簧非线性弹 性的制约，目前国内、外对车辆空气悬架非线性刚度实时最优控制一直未能给出简单、可靠 地设计方法，未曾提出通过控制空气弹簧高度实现对空气悬架最优刚度的实时控制。大都 是利用给橡胶气囊充放不同压力的气体，增加附加空气室，调节节流孔开度等方法，实现对 空气悬架刚度的实时控制。随着车辆行业的快速发展，目前车辆空气悬架非线性刚度实时 最优控制的设计方法，不能满足车辆发展及乘坐舒适性的设计要求。因此，必须建立一种简 单、可靠地车辆空气悬架非线性刚度实时最优控制的设计方法，即根据车辆空气弹簧的非 线性刚度特性，及车辆当前行驶状态下的悬架实时最优阻尼比，通过分析计算，得到车辆空 气悬架的实时最优刚度值及与高度之间的关系，通过控制空气弹簧的高度，实现对空气悬 架最优刚度的实时控制，进一步提高车辆行驶平顺性和乘坐舒适性。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所解决的技术问题是提供一种简单、可 靠地车辆空气悬架非线性刚度实时最优控制的设计方法。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明所提供的车辆空气悬架非线性刚度实时最优控制 的设计方法，其设计流程框图如图1所示，其技术方案实施的具体步骤如下：
[0005] (1)空气弹簧非线性刚度特性参数的辨识：
【权利要求】
1.车辆空气悬架非线性刚度实时最优控制的设计方法，其具体设计步骤如下： (1) 空气弹簧非线性刚度特性参数的辨识： A:利用振动测试设备，测量并采集得到在某特定行驶工况下车辆单轮空气悬架安装位 置中心处的车桥垂直振动加速度信号和车身垂直振动加速度信号，采集振动信号的时间长 度为{〇，1'} = {[0，切+ [怀1']}，其中，前一时间段[〇31]的振动信号用于空气弹簧非线性 刚度特性参数的辨识，后一时间段[kT]的振动信号用于对非线性刚度特性参数辨识结果 的仿真验证； B:根据空气弹簧的非线性刚度特性，构建一个奇次幂多项式Fs =kslz+ks3z3,其中，Fs为 以奇次幂多项式所表示的空气弹簧的非线性弹性力，ksl和ks3为多项式的待辨识参数； C:根据车辆单轮空气悬架的簧上质量m2，待辨识的空气弹簧非线性刚度特性参数ksl，ks3，减振器阻尼系数Cd，构建单自由度1/4车辆振动模型； D:根据B步骤中所构建的空气弹簧非线性弹性力奇次幂多项式，及C步骤中所构建的 单自由度1/4车辆振动模型，利用Matlab/Simulink仿真软件，建立车辆非线性振动系统仿 真模型，以在前一时间段[0，tJ所测得的车桥垂直振动加速度信号为输入信号，对车身的 垂直振动加权加速度均方根值进行仿真，其中，在不同频率下的加权值为：
E:以空气弹簧的非线性刚度特性参数ksl，ks3作为辨识变量，利用在[0,tj时间段仿真 所得到的车身垂直振动加权加速度均方根值'与试验所测得的车身垂直振动加权加 速度均方根值
，建立空气弹簧非线性刚度辨识的目标函数Jniin，即： F:根据空气弹簧非线性刚度的辨识目标函数，利用优化算法求参数辨识目标函数的最 小值，此时所对应的优化变量即为辨识所得到的空气弹簧的非线性刚度特性参数，即ksl， ks3 ； G:根据B步骤中所构建的空气弹簧非线性弹性力奇次幂多项式，C步骤中所构建的单 自由度1/4车辆振动模型，及F步骤中辨识所得到的空气弹簧的非线性刚度特性参数ksl， ks3，以[kT]时间段所测得的车桥垂直振动加速度信号为输入信号，对车身的垂直振动加 权加速度值进行仿真计算，并与在该时间段内所测得的车身垂直振动加权加速度值进行比 较，对空气弹簧非线性刚度的辨识结果进行验证； (2) 车辆行驶实时最优阻尼比ξ^的确定： I :利用加速度传感器测得车辆当前行驶状态下的车身垂直振动加速度4 ;利用高度传 感器测得车辆当前行驶状态下空气悬架上端点安装位置中心处到地面的车身垂直高度h2， 下端点安装位置中心处到地面的车桥垂直高度Ii1 ;利用速度传感器测得车辆当前行驶状态 下的行驶速度V; II :根据车辆空气弹簧的自然高度&，及I步骤中所确定的车身垂直高度匕，车桥垂 直高度Ii1，确定车辆当前行驶状态下车身垂直振动与车轮垂直振动的相对位移，即z= |h2_h「h0| ; III :根据步骤（1)中辨识所得到的空气弹簧非线性刚度特性参数ksl，ks3，及II步骤中 所确定的车身垂直振动与车轮垂直振动的相对位移z，确定车辆当前运动状态下的空气悬 架刚庶κ"·巨口，
IV :根据车辆单轮空气悬架的簧上质量Hi2，减振器阻尼系数Cd，减振器安装角度α，杠 杆比i，及III步骤中所确定的K2，确定当前车辆空气悬架系统阻尼比ξ，即：
V :根据车辆单轮空气悬架的簧上质量m2，簧下质量Hi1，轮胎刚度Kt，I步骤中所确定的 车身垂直振动加速度4，车辆行驶速度v，III步骤中所确定的车辆当前运动状态下的空气 悬架刚度K2，及IV步骤中所确定的当前车辆空气悬架系统阻尼比ξ，确定车辆当前行驶路 面功率谱密度Gri (η。)，即：
式中，L= 一，rIc="^; = Im1,为参考空间频率； /W1K1 2πγnu VI :根据V步骤中所确定的车辆行驶路面功率谱密度Gq (?)，利用车辆在不同行驶速度 下悬架弹簧动挠度概率分布与标准差的关系，确定车辆当前运动状态下的悬架动限位行程 [fdJ，即：
VII :根据车辆单轮空气悬架的簧上质量m2，簧下质量Hl1，轮胎刚度Kt，I步骤中所确定 的车辆当前行驶车速v，III步骤中确定的车辆当前运动状态下的空气悬架刚度K2,V步骤 中确定的车辆行驶路面功率谱密度Gq(Iici)，及VI步骤中所确定的悬架动限位行程[fdx]，确 定车辆行驶实时最优阻尼比即：
(3) 车辆当前行驶状态下空气悬架实时最优刚度K的确定： 根据车辆单轮空气悬架的簧上质量m2，减振器阻尼系数Cd，减振器安装角度α，杠杆比i，及步骤（2)中所确定的车辆行驶实时最优阻尼比Itl，确定车辆当前行驶状态下空气悬架 的实时最优刚度K，即：
(4) 空气悬架非线性刚度实时最优高度控制量的设计： 根据步骤（1)中辨识所得到的空气弹簧非线性刚度特性参数ksl和ks3，及步骤（3)中 所确定的当前行驶状态下的车辆空气悬架的实时最优刚度K，对空气弹簧的实时最优高度 控制量Ah进行设计，即：
【文档编号】B60G17/052GK104309437SQ201410570609
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】周长城, 于曰伟, 赵雷雷 申请人:山东理工大学