CN102745197B - 基于减振器阻尼解析仿真的汽车当前行驶路况辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于可控减振器阻尼解析仿真的汽车当前行驶路况辨识方法，它属于路况辨识领域。本发明根据可控减振器结构、阀参数及油液参数，建立减振器阻尼特性仿真模型；利用可控减振器阻尼控制参数反馈信号，通过可控减振器阻尼特性仿真模型，得到当前汽车悬架***阻尼比；利用加速度传感器采集车身振动加速度，利用车速传感器采集当前行驶车速；根据1/4车辆行驶振动模型，利用当前悬架参数、阻尼比、车身振动加速度、车速与路况的关系，建立行驶路况辨识模型，通过行驶路况辨识模型得到当前汽车行驶路况。本发明提供的汽车当前行驶路况辨识方法简便、可靠，采用的传感器少。该发明可用于半主动悬架***的路况辨识。

Description

基于减振器阻尼解析仿真的汽车当前行驶路况辨识方法

技术领域

本发明涉及路况辨识方法，特别是汽车当前行驶路况辨识技术。

背景技术

虽然目前国内、外对车辆行驶路况辨识已进行了一定研究，因受减振器特性实时仿真关键技术的制约，大都是采用图像传感设备及分析仪器对行驶路况进行分析和预测，成本高，难以推广，仅在少数几款高档汽车上安装使用。其主要问题是尚无可靠的行驶路况辨识模型，缺乏简单、可行的路况辨识技术。随着人们对安全性和舒适性要求的不断提高，安装基于行驶路况辨识的连续控制式半主动悬架***将成为汽车发展趋势。因此，必须对车辆行驶路况辨识进行研究，建立简便、可靠的行驶路况辨识模型和方法，开发基于少量传感器的行驶路况辨识技术，提高半主动悬架***技术质量，降低价格。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于可控减振器阻尼解析仿真的汽车当前行驶路况辨识方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于可控减振器阻尼解析仿真的汽车当前行驶路况辨识方法，其技术方案如下：

(1)确定当前汽车悬架***阻尼比ξ'：根据可控减振器结构、节流阀系参数和油液参数，建立减振器阻尼特性仿真数学模型；利用可控减振器阻尼控制参数反馈信号，根据可控减振器阻尼特性仿真数学模型，得到当前汽车悬架***阻尼比ξ'；

(2)测量车身垂真振动加速度及行驶速度V：利用加速度传感器测得当前车身垂直振动加速度利用车速传感器测得当前车辆行驶速度V；

(3)汽车当前行驶路况G_q辨识：根据1/4车辆行驶振动模型，单轮簧上质量m₂、单轮簧下质量m₁、悬架弹簧刚度K、轮胎刚度K_t和车身固有频率f₀，步骤(1)中所求得的当前汽车悬架***阻尼比ξ'，步骤(2)中所测得的车身垂直振动加速度和车辆行驶速度V，对汽车当前行驶路况G_q(n₀)进行辨识，即：

$G_q\left(n_0\right)=G_q({\stackrel{\·\·}{z}}_2,V{,\mathrm{\ξ}}^{\′})=\frac{{\mathrm{\ξ}}^{\′}{r}_m{\stackrel{\·\·}{z}}_2^2}{4{\mathrm{\π}}^2{n}_0^{2}V{f}_0^3(1+r_m+4r_m{r}_k{\mathrm{\ξ}}^{\′2})},$ 其中， $r_k=\frac{K_t}{K},r_m=\frac{m_2}{m_1},$ n₀为参考空间频率，n₀＝0.1m^-1。

本本发明比现有技术具有的优点：

1、本发明提供的汽车当前行驶路况辨识方法，利用悬架可控减振器本身反馈当前阻尼比，不需要额外的路面探测器，采用的传感器少；

2、该辨识方法简便、可靠，采用该方法可以提高半主动悬架***的技术质量，降低价格。

附图说明

为了更好地理解本发明，下面结合附图作进一步说明。

图1是基于可控减振器阻尼解析仿真的汽车当前行驶路况辨识方法流程图。

图2是在不同车速和车身垂直振动加速度下辨识得到的路面功率谱。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明作进一步详细描述。

某越野车悬架***的单轮簧上质量m₂＝400kg；簧下质量m₁＝40kg；悬架弹簧刚度K＝29679N/m和轮胎刚度K_t＝260000N/m；车身固有频率f₀＝1.35Hz；根据可控双筒式液压减振器的结构、阀系参数和油液参数，其中包括：减振器安装杠杆比i＝0.8；减振器安装角β＝15°；活塞杆直径d＝20mm；活塞缸筒直径D＝28mm；常通节流孔面积A₀＝0.2mm²；活塞孔个数n_h＝4；活塞孔直径d_h＝2.0mm；活塞孔长度L_h＝10mm；活塞与缸筒之间的间隙δ_H＝0.04mm；油液密度ρ＝890kg/m³；动力粘度μ_t＝8900kg/ms；可调节流孔半径r＝1.0mm；转动轴外半径R＝6.0mm；螺旋升角α＝30°。

图1所示为基于可控减振器阻尼解析仿真的汽车当前行驶路况辨识方法流程图，具体步骤如下：

(1)根据在开阀速度点处的减振器阻尼特性仿真模型，得到当前悬架***的阻尼比。例如，利用转角传感器测得的当前行驶路况下的减振器控制转角θ＝9.7356°，得此时所对应的可调阻尼孔面积为：

$A_{\mathrm{\θ}}=r^2\arccos (1-2\frac{R}{r}\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}\sin \mathrm{\α})-(r-2R\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}\sin \mathrm{\α})\sqrt{r^2-{(r-2R\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}\sin \mathrm{\α})}^2}==0.6301{\mathrm{mm}}^2;$

根据减振器油路建立节流压力方程：

$C_3{p}_H+C_2\sqrt{p_H}+C_1\sqrt{C^2+4p_H}+C_0=0;$

式中， $C_3=\mathrm{\πD}{\mathrm{\δ}}_H^3(1+1.5e^2)=1.4074\×{10}^{-14};C_2=12{\mathrm{\μ}}_t{L}_h{A}_{\mathrm{\θ}}\mathrm{\ϵ}\sqrt{2/\mathrm{\ρ}}=2.3542\×{10}^{-11};$ $C_1=6{\mathrm{\μ}}_t{L}_h{A}_0{\mathrm{\ϵ}}_0\sqrt{2/\mathrm{\ρ}}=2.8250\×{10}^{-2};$ C₀＝-12μ_tL_hvS_h-CC₁＝－8.6972×10^-8； $C=\frac{128{\mathrm{\μ}}_t{L}_h{A}_0{\mathrm{\ϵ}}_0}{\mathrm{\π}{n}_h{d}_h^4}\sqrt{\frac{2}{\mathrm{\ρ}}}=1.5986;$ e＝1.0；ε＝0.82；ε₀＝0.62；n_h＝4,d_h＝2.0×10^-3；v＝0.3

得减振器活塞缝隙节流压力p_H＝2.7438MPa；

因此，当前汽车悬架***阻尼比其中， $S_h=\frac{\mathrm{\π}}{4}(D^2-d^2)=301.5929{\mathrm{mm}}^2;$

(2)利用加速度传感器测得当减振器控制转角θ＝9.7356°时的车身垂直振动加速度利用车速传感器测得当减振器控制转角θ＝9.7356°时的车辆行驶速度V＝40km/h；

(3)根据车辆单轮簧上质量m₂＝400kg、单轮簧下质量m₁＝40kg、悬架弹簧刚度K＝29679N/m、轮胎刚度K_t＝260000N/m和车身固有频率f₀＝1.35Hz，步骤(2)中所测得的车身垂真振动加速度和车辆行驶速度V＝40km/h和步骤(1)中所求得的当前汽车悬架***阻尼比ξ'＝0.2423，对汽车当前行驶路况进行辨识G_q(n₀)，即 $G_q\left(n_0\right)=\frac{{\mathrm{\ξ}}^{\′}{r}_m{\stackrel{\·\·}{z}}_2^2}{4{\mathrm{\π}}^2{n}_0^{2}V{f}_0^3(1+r_m+4r_m{r}_k{\mathrm{\ξ}}^{\′2})}=378.6/\left({10}^{-6}{m}^3\right),$ 其中，r_k＝K_t/K＝9，r_m＝m₂/m₁＝10，n₀为参考空间频率，n₀＝0.1m^-1。

在不同车速和车身垂直振动加速度下，通过该辨识方法对车辆当前行驶路况辨识所得到的路面功率谱，如图2所示。

Claims (4)

1.基于可控减振器阻尼解析仿真的汽车当前行驶路况辨识方法，其具体步骤如下：

(1)确定当前汽车悬架***阻尼比ξ'：根据可控减振器结构、节流阀系参数和油液参数，建立减振器阻尼特性仿真数学模型；利用可控减振器阻尼控制参数反馈信号，根据可控减振器阻尼特性仿真数学模型，得到当前汽车悬架***阻尼比ξ'；

(2)测量车身垂真振动加速度及行驶速度V：利用加速度传感器测得当前车身垂直振动加速度利用车速传感器测得当前车辆行驶速度V；

(3)汽车当前行驶路况G_q辨识：根据1/4车辆行驶振动模型，单轮簧上质量m₂、单轮簧下质量m₁、悬架弹簧刚度K、轮胎刚度K_t和车身固有频率f₀，步骤(1)中所求得的当前汽车悬架***阻尼比ξ'，步骤(2)中所测得的车身垂直振动加速度和车辆行驶速度V，对汽车当前行驶路况G_q(n₀)进行辨识，即：

$G_q\left(n_0\right)=G_q({\stackrel{\·\·}{z}}_2,V,{\mathrm{\ξ}}^{\′})=\frac{{\mathrm{\ξ}}^{\′}{r}_m{\stackrel{\·\·}{z}}_2^2}{{4\mathrm{\π}}^2{n}_0^{2}V{f}_0^3(1+r_m+4r_m{r}_k{\mathrm{\ξ}}^{\′2})},$ 其中， $r_k=\frac{K_t}{K},r_m=\frac{m_2}{m_1},$ n₀为参考空间频率，n₀＝0.1m^-1。

2.根据权利要求1所述的基于可控减振器阻尼解析仿真的汽车当前行驶路况辨识方法，其特征在于：可控减振器可以是液压可控减振器，也可以是电流变或磁流变可控减振器。

3.根据权利要求1所述基于可控减振器阻尼解析仿真的汽车当前行驶路况辨识方法，其特征在于：通过可控减振器阻尼特性仿真模型，利用可控减振器阻尼控制参数反馈信号，仿真得到当前汽车可控减振器阻尼及悬架***阻尼比ξ'。

4.根据权利要求1所述基于可控减振器阻尼解析仿真的汽车当前行驶路况辨识方法，其特征在于：利用仿真得到的悬架***阻尼比ξ'，测量得到的车身振动加速度和车速V，依据汽车行驶路况辨识模型可实现对车辆当前行驶路况G_q的辨识。