CN115871398A - 一种车辆半主动悬架减振控制方法及车辆半主动悬架 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种车辆半主动悬架减振控制方法，该方法在悬架平衡点设计小范围负刚度特性曲线，建立二自由度四分之一车辆悬架***模型，列出其微分方程表达式，对悬架可变阻尼器的阻尼进行控制来对车辆振动进行抑制。由于在车辆悬架的平衡点处并联一个具有负刚度的弹簧，使得并联后的弹簧***在平衡点处附近的区域具有一定的负刚度特性。此时悬架***在振动平衡点附近的区域具有有限变化范围的正负刚度值。从而能够更好的抑制路面传递给车身的振动，明显提高车辆乘坐的舒适性。
Description
技术领域
本申请涉及汽车悬架减振的技术领域，尤其是涉及一种车辆半主动悬架减振控制方法及车辆半主动悬架。
背景技术
汽车作为时代文明的产物，自19世纪末产生以来，其数量与日俱增。现代社会汽车不仅仅作为一种出行的工具，也是一种追求更高质量生活、更好感官享受的日常生活行为方式。因此，不断提升汽车的舒适性以及安全性成为了现代社会汽车设计的重要目标之一。
悬架作为汽车最重要的部件之一，将车身跟车轴连接在一起，不仅是传递车轮和车身之间一切力和力矩的媒介，而且还是缓冲和抑制由于路面的不平整引起的冲击和振动的重要工具。而半主动悬架是集被动悬架的可靠性和主动悬架的可控性于一体，具有结构简单，成本低，控制灵活等特点，是车辆悬架未来发展的一个重要方向。但是，现有技术中的半主动悬架在抑制由路面不平度引起的车身振动性能方面还存在一些不足。
发明内容
针对上述技术问题,本申请提出了一种车辆半主动悬架减振控制方法及车辆半主动悬架，能够更好的抑制由路面不平度引起的车身振动。
第一方面，本申请提出了一种车辆半主动悬架减振控制方法，包括以下步骤：
S1：在悬架平衡点设置小范围负刚度曲线区域；
S2：根据曲线构建二自由度四分之一车辆悬架***模型；
S3：根据悬架的振动速度的方向对悬架可变阻尼器的阻尼控制器设置控制策略。
通过采用上述技术方案，由于在车辆悬架的平衡点处并联一个具有负刚度的弹簧，使得并联后的弹簧***在平衡点处附近的区域具有一定的负刚度特性。此时悬架***在振动平衡点附近的区域具有有限变化范围的正负刚度值。从而能够更好的抑制路面传递给车身的振动，明显提高车辆乘坐的舒适性。
优选的，所述S1具体包括：
S11：根据常规弹簧刚度特性曲线，分析计算出其在工作平衡点处能达到负刚度所需要的负刚度值；
S12：设计能满足S11中所需要的负刚度值的负刚度弹簧；
S13：将常规弹簧与负刚度弹簧并联，得到整体在悬架平衡点小范围具有负刚度特性曲线的区域。
优选的，所述S2具体包括：
S21：根据牛顿第二定律构建二自由度四分之一车辆悬架***模型，将簧载部分和非簧载部分分别根据牛顿第二定律列出其运动方程式；
S22：在原有的阻尼基础上，将阻尼控制器的控制部分增加进簧载部分方程式中。
优选的，所述S3具体包括：
S31：根据车身的振动位移方向，设计阻尼控制器在不同车身振动位移方向下的取值；
S32：利用仿真软件matlab进行取值参数调节。
优选的，所述S2中的二自由度四分之一车辆悬架***模型具体为：
其中，ms和mu分别为簧载质量和非簧载质量；xs和xu分别为簧载位移和非簧载位移；
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分别为簧载速度和非簧载速度；/>
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分别为簧载加速度和非簧载加速度；kt为轮胎垂向刚度；c0为减振器阻尼系数；cswitch为类天棚开关阻尼控制器；xr为路面对车轮的位移激励；g(x)为悬架***具有负刚度特性的恢复力。
优选的，所述S3中的控制策略具体为：
当簧载位移跟非簧载位移的运动方向相同时，cswitch取值为已定的较大阻尼值cmax；当簧载位移跟非簧载位移的运动方向不同时，cswitch取值为已定的较小阻尼值cmin。
第二方面，本申请还提出了一种车辆半主动悬架，所述车辆半主动悬架为利用了如权利要求1-6中任一所述的方法制作而成的车辆半主动悬架。
本发明在普通悬架弹簧的平衡点并联一个具有负刚度特性的弹性元件，调节悬架的阻尼力对悬架***进行控制来抑制由路面不平度引起的车身振动。由于在车辆悬架的平衡点处并联一个具有负刚度的弹簧，使得并联后的弹簧***在平衡点处附近的区域具有一定的负刚度特性。此时悬架***在振动平衡点附近的区域具有有限变化范围的正负刚度值。从而能够更好的抑制路面传递给车身的振动，明显提高车辆乘坐的舒适性。本发明在实际应用中的反馈结果较好，具有较高的工程应用价值。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本申请的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1是本申请一种车辆半主动悬架减振控制方法的流程图。
图2是本发明的负刚度悬架的理想刚度特性图。
图3是本发明的车辆悬架动力学模型图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示出了本申请一种车辆半主动悬架减振控制方法的流程图，参考图1，该方法具体包括以下步骤：
S1：在悬架平衡点设置小范围负刚度曲线区域；
所述S1具体包括：
S11：根据常规弹簧刚度特性曲线，分析计算出其在工作平衡点处能达到负刚度所需要的负刚度值；
S12：设计能满足S11中所需要的负刚度值的负刚度弹簧；
S13：将常规弹簧与负刚度弹簧并联，得到整体在悬架平衡点小范围具有负刚度特性曲线的区域。
S2：根据曲线构建二自由度四分之一车辆悬架***模型；
所述S2具体包括：
S21：根据牛顿第二定律构建二自由度四分之一车辆悬架***模型，将簧载部分和非簧载部分分别根据牛顿第二定律列出其运动方程式；
S22：在原有的阻尼基础上，将阻尼控制器的控制部分增加进簧载部分方程式中。
所述S2中的二自由度四分之一车辆悬架***模型具体为：
其中，ms和mu分别为簧载质量和非簧载质量；xs和xu分别为簧载位移和非簧载位移；
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分别为簧载加速度和非簧载加速度；kt为轮胎垂向刚度；c0为减振器阻尼系数；cdwitch为类天棚开关阻尼控制器；xr为路面对车轮的位移激励；g(x)为悬架***具有负刚度特性的恢复力。
S3：根据悬架的振动速度的方向对悬架可变阻尼器的阻尼控制器设置控制策略。
所述S3具体包括：
S31：根据车身的振动位移方向，设计阻尼控制器在不同车身振动位移方向下的取值；
S32：利用仿真软件matlab进行取值参数调节。
所述S3中的控制策略具体为：
当簧载位移跟非簧载位移的运动方向相同时，cswitch取值为已定的较大阻尼值cmax；当簧载位移跟非簧载位移的运动方向不同时，cswitch取值为已定的较小阻尼值cmin。
在具体的实施例中，以下将对本申请公开的一种车辆半主动悬架减振控制方法进行具体描述：
在步骤S1中，如图2所示，本发明首先研究了悬架负刚度特性曲线。图2实线所示的刚度特性曲线可以通过在普通弹簧的工作平衡点并联一个具有负刚度特性的弹簧实现。刚度k的一般定义是弹簧元件所承受的载荷增量dF与变形增量dx的比值。即产生单位变形所需的外力：
当弹性元件所受的载荷增量与对应的变形增量符号相同时，刚度为正值，如图中k＝kp虚线所示，则称弹性元件具有正刚度特性。反之，当弹性元件所受的载荷增量与对应的变形增量符号相反时，刚度为负值，如图中k＝-kn(kn>0)虚线中de段所示，则称弹性元件具有负刚度特性。在正刚度弹性元件的振动平衡点x0处并联一个具有图中k＝-kn(kn>0)虚线中de段所示刚度特性元件，由于其在de段具有负刚度特性，则并联后振动***的弹性工作特性曲线如图中实线所示。此时悬架***在振动平衡点x0附近的ab区域内具有可调的刚度系数，当kp>kn时，悬架***在振动平衡点x0附近的ab区域内具有较小正刚度，当kp<kn时，悬架***在振动平衡点x0附近的ab区域内具有较小负刚度。我们可以根据需要来对整体悬架***的刚度进行设计。
在步骤S2中，如图3所示，本发明建立二自由度四分之一车辆悬架***模型，模型中忽略了轮胎的阻尼，根据二自由度四分之一车辆悬架***模型列出其微分方程表达式：
其中，ms和mu分别为簧载质量和非簧载质量；xs和xu分别为簧载位移和非簧载位移；
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分别为簧载加速度和非簧载加速度；kt为轮胎垂向刚度；c0为减振器阻尼系数；cswitch为类天棚开关阻尼控制器；xr为路面对车轮的位移激励；g(x)为悬架***具有负刚度特性的恢复力。
在步骤S3中，cswitch的控制策略如下：
当簧载位移跟非簧载位移的运动方向相同时，cswitch取值为已定的较大阻尼值cmax；当簧载位移跟非簧载位移的运动方向不同时，cswitch取值为已定的较小阻尼值cmin。
本发明在普通悬架弹簧的平衡点并联一个具有负刚度特性的弹性元件，调节悬架的阻尼力对悬架***进行控制来抑制由路面不平度引起的车身振动。由此组成了包括正刚度弹簧、负刚度弹簧、磁流变阻尼器、悬架连杆等器件的车辆半主动悬架。由于在车辆悬架的平衡点处并联一个具有负刚度的弹簧，使得并联后的弹簧***在平衡点处附近的区域具有一定的负刚度特性。此时悬架***在振动平衡点附近的区域具有有限变化范围的正负刚度值。从而能够更好的抑制路面传递给车身的振动，明显提高车辆乘坐的舒适性。本发明在实际应用中的反馈结果较好，具有较高的工程应用价值。
作为另一方面，本申请还提供了一种车辆半主动悬架，所述车辆半主动悬架为利用了上述实施例所述的方法制作而成的车辆半主动悬架。从而当车辆使用该半主动悬架时，能够更好的抑制路面传递给车身的振动，明显提高车辆乘坐的舒适性。
以上描述了本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。措词‘包括’并不排除在权利要求未列出的元件或步骤的存在。元件前面的措词‘一’或‘一个’并不排除多个这样的元件的存在。在相互不同从属权利要求中记载某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于改进。在权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。
Claims (7)
1.一种车辆半主动悬架减振控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
S1：在悬架平衡点设置小范围负刚度曲线区域；
S2：根据曲线构建二自由度四分之一车辆悬架***模型；
S3：根据悬架的振动速度的方向对悬架可变阻尼器的阻尼控制器设置控制策略。
2.根据权利要求1所述的一种车辆半主动悬架减振控制方法，其特征在于：所述S1具体包括：
S11：根据常规弹簧刚度特性曲线，分析计算出其在工作平衡点处能达到负刚度所需要的负刚度值；
S12：设计能满足S11中所需要的负刚度值的负刚度弹簧；
S13：将常规弹簧与负刚度弹簧并联，得到整体在悬架平衡点小范围具有负刚度特性曲线的区域。
3.根据权利要求2所述的一种车辆半主动悬架减振控制方法，其特征在于：所述S2具体包括：
S21：根据牛顿第二定律构建二自由度四分之一车辆悬架***模型，将簧载部分和非簧载部分分别根据牛顿第二定律列出其运动方程式；
S22：在原有的阻尼基础上，将阻尼控制器的控制部分增加进簧载部分方程式中。
4.根据权利要求3所述的一种车辆半主动悬架减振控制方法，其特征在于：所述S3具体包括：
S31：根据车身的振动位移方向，设计阻尼控制器在不同车身振动位移方向下的取值；
S32：利用仿真软件matlab进行取值参数调节。
5.根据权利要求1所述的一种车辆半主动悬架减振控制方法，其特征在于：所述S2中的二自由度四分之一车辆悬架***模型具体为：
其中，ms和mu分别为簧载质量和非簧载质量；xs和xu分别为簧载位移和非簧载位移；
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分别为簧载加速度和非簧载加速度；kt为轮胎垂向刚度；C0为减振器阻尼系数；cswitch为类天棚开关阻尼控制器；xr为路面对车轮的位移激励；g(x)为悬架***具有负刚度特性的恢复力。
6.根据权利要求5所述的一种车辆半主动悬架减振控制方法，其特征在于：所述S3中的控制策略具体为：
当簧载位移跟非簧载位移的运动方向相同时，cswitch取值为已定的较大阻尼值cmax；当簧载位移跟非簧载位移的运动方向不同时，cswitch取值为已定的较小阻尼值cmin。
7.一种车辆半主动悬架，其特征在于：所述车辆半主动悬架为利用了如权利要求1-6中任一所述的方法制作而成的车辆半主动悬架。
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