CN111216712B - 一种通过半主动悬架阻尼力控制优化车辆转向性能的方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过半主动悬架阻尼力控制优化车辆转向性能的方法，涉及一种控制优化车辆转向性能的方法。建立包含车辆横摆率、侧向速度以及侧倾角的车辆侧向运动动力学方程；给出描述车辆转向时前后轴轴荷转移量与质心侧向加速度、悬架阻尼力关系的表达式；车辆动力学方程中的悬架阻尼力与悬架电流的非线性关系采用分段线性模型表示；给出用横摆率、质心侧向速度以及侧倾角描述车辆转向动态性能指标的方法；在不同的行驶工况下，得到用前后轴悬架驱动电流为优化变量，以横摆率、质心侧向速度、侧倾角为优化目标的车辆转向动态性能优化问题；通过优化求解，得到最优的前后轴悬架驱动电流，实现控制优化车辆转向性能的目标。

Description

一种通过半主动悬架阻尼力控制优化车辆转向性能的方法
技术领域
本发明涉及一种控制优化车辆转向性能的方法，尤其是一种通过半主动悬架阻尼力控制优化车辆转向性能的方法，属于车辆驱动控制领域。
背景技术
目前阻尼可调的半主动悬架在高级乘用车中得到了较为广泛地的应用，主要用于调节车辆的舒适性能。悬架的阻尼调节在抑制车辆的垂向振动的同时，也会带来车辆前后轴荷变化进而影响车辆横摆动态过程。
目前车辆在转向过程中可通过调节内外侧车轮的扭矩差或车轮的液压制动扭矩进行横摆控制。通过车轮扭矩差进行车辆横摆控制的方法调节范围受到路面限制；通过制动进行横摆控制的方法由于车轮的液压制动扭矩无法长时间连续施加，只能在短时间内施加较大的制动扭矩，因此会造成横摆率和车速的波动。而通过调节悬架的阻尼改变转向时前后轴车轮的轴荷转移，可减小提高横摆性能对于横摆扭矩的需求且可对横摆率进行连续调节，从两个方面提高车辆的横摆控制性能。因此本发明给出通过调节半主动悬架阻尼改善车辆横摆性能的方法，对横摆扭矩需求较小且能够连续调节车辆的横摆率。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种通过半主动悬架阻尼力控制优化车辆转向性能的方法，通过调节半主动悬架的阻尼改变内外车轮载荷转移从而改善车辆横摆性能。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种通过半主动悬架阻尼力控制优化车辆转向性能的方法，包括以下步骤：
步骤一：建立包含车辆横摆率、侧向速度以及侧倾角的车辆侧向运动动力学方程，
Figure BDA0002381883940000021
其中，
Figure BDA0002381883940000022
分别为前后轴车轮的侧向力，m为车辆质量，ms为车辆簧上质量，Iz为车辆绕z轴转动惯量，Iφ为车辆绕x轴转动惯量，lf为车辆质心到前轴距离，lr为车辆质心到后轴距离，df为车辆前轮轮距，dr为车辆后轮轮距，l为车辆前轴到后轴距离，γ为车辆横摆率，vx为车辆纵向速度，vy为车辆侧向速度，φ为车身侧倾角，hs为侧倾中心到车辆质心的高度，Kφj为车辆前后轴的侧倾刚度，Fmr,j为车辆前后轴悬架的阻尼力(其中j＝f,r，分别表示前轴，后轴)，ay为车辆侧向加速度，g为重力加速度，Mz为车辆横摆扭矩；
步骤二：给出描述车辆转向时前后轴轴荷转移量与质心侧向加速度、悬架阻尼力关系的表达式，前后轴垂向力通过轴荷名义值与轴荷转移表示：
Figure BDA0002381883940000023
其中，轴荷名义值为：
Figure BDA0002381883940000024
前后轴轴荷转移为：
Figure BDA0002381883940000031
其中，Fmr,f和Fmr,r分别为前后轴悬架阻尼力；
步骤三：车辆动力学方程中的悬架阻尼力与悬架电流的非线性关系采用分段线性模型表示；
步骤四：给出用横摆率、质心侧向速度以及侧倾角描述车辆转向动态性能指标的方法，采用三种不同的优化指标表示对车辆不同的动态性能的需求，
Figure BDA0002381883940000032
其中t0表示转向开始时间，tf表示转向动态结束时间，
Figure BDA0002381883940000033
表示横摆率的峰值，
Figure BDA0002381883940000034
表示车辆侧向速度的峰值，
Figure BDA0002381883940000035
表示[t0,tf]时间内侧倾角动态曲线下的面积；
步骤五：在不同的行驶工况下，根据车辆的不足转向程度设置不同横摆率、质心侧向速度以及侧倾角性能指标权值，得到用前后轴悬架驱动电流为优化变量，以横摆率、质心侧向速度、侧倾角为优化目标的车辆转向动态性能优化问题；
步骤六：通过优化求解，得到使性能指标最优的前后轴悬架驱动电流。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明给出的通过半主动悬架阻尼力控制优化车辆转向动态性能的方法，适用于装配半主动悬架的车辆，通过不同侧向加速度下，优化前后轴轴荷转移，能够在较小侧向加速度下使车辆增加横摆响应，在较大侧向加速度下抑制车辆横摆响应超调。
附图说明
图1是本发明的前轴悬架电流与车速及方向盘转角的MAP；
图2是本发明的后轴悬架电流与车速及方向盘转角的MAP。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种通过半主动悬架阻尼力控制优化车辆转向性能的方法，包括以下步骤：
步骤一：建立包含车辆横摆率、侧向速度以及侧倾角的车辆侧向运动动力学方程，
Figure BDA0002381883940000041
其中，
Figure BDA0002381883940000042
分别为前后轴车轮的侧向力，m为车辆质量，ms为车辆簧上质量，Iz为车辆绕z轴转动惯量，Iφ为车辆绕x轴转动惯量，lf为车辆质心到前轴距离，lr为车辆质心到后轴距离，df为车辆前轮轮距，dr为车辆后轮轮距，l为车辆前轴到后轴距离，γ为车辆横摆率，vx为车辆纵向速度，vy为车辆侧向速度，φ为车身侧倾角，hs为侧倾中心到车辆质心的高度，Kφj为车辆前后轴的侧倾刚度，Fmr,j为车辆前后轴悬架的阻尼力(其中j＝f,r，分别表示前轴，后轴)，ay为车辆侧向加速度，g为重力加速度，Mz为车辆横摆扭矩，
公式(1)中的侧向轮胎力采用Burckhardt轮胎模型表示，
Figure BDA0002381883940000051
其中，c1,c2,c3,c5(1/kN)2为正常数，表示Burckhardt轮胎模型特征参数，ks为正常数，表示Kamm修正系数，αj为前后轴车轮侧偏角，Fzj为前后轴车轮垂向力，
公式(2)中的车轮侧偏角为：
Figure BDA0002381883940000052
式中δ为方向盘转角；
步骤二：给出描述车辆转向时前后轴轴荷转移量与质心侧向加速度、悬架阻尼力关系的表达式，前后轴垂向力通过轴荷名义值与轴荷转移表示：
Figure BDA0002381883940000053
其中，轴荷名义值为：
Figure BDA0002381883940000054
前后轴轴荷转移为：
Figure BDA0002381883940000055
其中，Fmr,f和Fmr,r分别为前后轴悬架阻尼力；
步骤三：车辆动力学方程中的悬架阻尼力与悬架电流的非线性关系采用分段线性模型表示，分段线性模型描述前后轴悬架阻尼力与驱动电流的关系为：
Figure BDA0002381883940000061
其中，
Figure BDA0002381883940000062
xi,yi,zi,i＝1,2,3,4,5为根据实验数据辨识出的常值；
步骤四：给出用横摆率、质心侧向速度以及侧倾角描述车辆转向动态性能指标的方法，采用三种不同的优化指标表示对车辆不同的动态性能的需求，
Figure BDA0002381883940000063
其中t0表示转向开始时间，tf表示转向动态结束时间，
Figure BDA0002381883940000064
表示横摆率的峰值，
Figure BDA0002381883940000065
表示车辆侧向速度的峰值，
Figure BDA0002381883940000066
表示[t0,tf]时间内侧倾角动态曲线下的面积；
步骤五：在不同的行驶工况下，根据车辆的不足转向程度设置不同横摆率、质心侧向速度以及侧倾角性能指标权值，得到用前后轴悬架驱动电流为优化变量，以横摆率、质心侧向速度、侧倾角为优化目标的车辆转向动态性能优化问题，车辆在低车速小方向盘转角下，应保证车辆舒适性能，在高速大方向盘转角下，应保证车辆的稳定性能，而车速较高方向盘转角较大时，对应车辆的不足转向程度较大，因此考虑根据车辆不足转向的程度选取公式(8)中不同的性能指标的加权，构成最终的优化指标，如公式(9)所示：
Figure BDA0002381883940000067
s.t.
Figure BDA0002381883940000068
Figure BDA0002381883940000071
Figure BDA0002381883940000072
Figure BDA0002381883940000073
Figure BDA0002381883940000074
Figure BDA0002381883940000075
Figure BDA0002381883940000076
Figure BDA0002381883940000077
Figure BDA0002381883940000078
ε1＝e-100K,ε2＝e100K,ε3＝e-100K
不足转向程度K为：
Figure BDA0002381883940000079
其中，
Figure BDA00023818839400000710
步骤六：通过优化求解，得到使性能指标最优的前后轴悬架驱动电流，实现通过半主动悬架阻尼力控制优化车辆转向动态性能的目标，根据优化问题以及约束条件，求解出不同车速以及方向盘转角对应的悬架优化电流，进而构建出以方向盘转角、车速为输入，以前后轴悬架优化电流为输出的MAP，参照图1、图2所示，便于在线应用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种通过半主动悬架阻尼力控制优化车辆转向性能的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一：建立包含车辆横摆率、侧向速度以及侧倾角的车辆侧向运动动力学方程，
Figure FDA0003590715590000011
其中，
Figure FDA0003590715590000012
分别为前后轴车轮的侧向力，m为车辆质量，ms为车辆簧上质量，Iz为车辆绕z轴转动惯量，Iφ为车辆绕x轴转动惯量，lf为车辆质心到前轴距离，lr为车辆质心到后轴距离，df为车辆前轮轮距，dr为车辆后轮轮距，l为车辆前轴到后轴距离，γ为车辆横摆率，vx为车辆纵向速度，vy为车辆侧向速度，φ为车身侧倾角，hs为侧倾中心到车辆质心的高度，Kφj为车辆前后轴的侧倾刚度，Fmr,j为车辆前后轴悬架的阻尼力，其中j＝f,r，分别表示前轴，后轴，ay为车辆侧向加速度，g为重力加速度，Mz为车辆横摆扭矩；
步骤二：给出描述车辆转向时前后轴轴荷转移量与质心侧向加速度、悬架阻尼力关系的表达式，前后轴垂向力通过轴荷名义值与轴荷转移表示：
Figure FDA0003590715590000013
其中，轴荷名义值为：
Figure FDA0003590715590000014
前后轴轴荷转移为：
Figure FDA0003590715590000021
其中，Fmr,f和Fmr,r分别为前后轴悬架阻尼力；
步骤三：车辆动力学方程中的悬架阻尼力与悬架电流的非线性关系采用分段线性模型表示；
步骤四：给出用横摆率、质心侧向速度以及侧倾角描述车辆转向动态性能指标的方法，采用三种不同的优化指标表示对车辆不同的动态性能的需求，
Figure FDA0003590715590000022
其中t0表示转向开始时间，tf表示转向动态结束时间，
Figure FDA0003590715590000023
表示横摆率的峰值，
Figure FDA0003590715590000024
表示车辆侧向速度的峰值，
Figure FDA0003590715590000025
表示[t0,tf]时间内侧倾角动态曲线下的面积；
步骤五：在不同的行驶工况下，根据车辆的不足转向程度设置不同横摆率、质心侧向速度以及侧倾角性能指标权值，得到用前后轴悬架驱动电流为优化变量，以横摆率、质心侧向速度、侧倾角为优化目标的车辆转向动态性能优化问题；
步骤六：通过优化求解，得到使性能指标最优的前后轴悬架驱动电流。
2.根据权利要求1所述的一种通过半主动悬架阻尼力控制优化车辆转向性能的方法，其特征在于：所述步骤三中采用分段线性模型描述前后轴悬架阻尼力与驱动电流的关系：
Figure FDA0003590715590000026
其中，
Figure FDA0003590715590000031
Figure FDA0003590715590000032
Ij为驱动电流，xi,yi,zi,i＝1,2,3,4,5为根据实验数据辨识出的常值。
3.根据权利要求1所述的一种通过半主动悬架阻尼力控制优化车辆转向性能的方法，其特征在于：所述步骤五中根据车辆不足转向的程度选取公式(8)中不同的性能指标的加权，构成最终的优化指标，如公式(9)所示：
Figure FDA0003590715590000033
s.t.
Figure FDA0003590715590000034
Figure FDA0003590715590000035
Figure FDA0003590715590000036
Figure FDA0003590715590000037
Figure FDA0003590715590000038
Figure FDA0003590715590000039
Figure FDA00035907155900000310
Figure FDA00035907155900000311
Figure FDA00035907155900000312
ε1＝e-100K,ε2＝e100K,ε3＝e-100K
不足转向程度K为：
Figure FDA0003590715590000041
其中，
Figure FDA0003590715590000042
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