一种爆胎车辆的悬架半主动控制方法   0    0

本发明公开了一种爆胎车辆的悬架半主动控制方法，属于车辆底盘悬架控制领域。通过胎压传感器、轮胎加速度传感器、激光测距传感器、车速传感器及车身加速度传感器将采集数据实时传入ECU电子控制单元；ECU根据各轮胎气压变化情况判断轮胎是否爆胎并确定具体的爆胎轮位置，同时将正常行驶半主动悬架控制策略切换为爆胎控制策略。本发明充分利用车辆底盘结构组成资源，改善车辆爆胎后各轮胎垂直载荷分配，提高爆胎时的车辆操纵稳定性。

1.一种爆胎车辆的悬架半主动控制方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤
1.通过胎压传感器获得车辆轮胎气压信息，通过轮胎加速度传感器获得轮胎的加速度信息，通过激光测距传感器采集自身到路面的垂直高度，通过加速度传感器获得激光测距传感器的垂直振动加速度，通过车速传感器获得实时车速，并将测得数据信息实时输入ECU电子控制单元；
步骤
2.ECU根据各轮胎气压变化情况判断轮胎是否爆胎并确定具体的爆胎轮位置，同时将正常行驶半主动悬架控制策略切换为爆胎控制策略；
步骤
3.根据前述传感器获得的激光测距传感器到路面的垂直高度yr以及垂直振动加速度 通过计算得到实际路面高程为xr，其作为理想整车地棚参考模型的轴前预瞄输入；根据前述加速度传感器获得的车身加速度信号以及路面激励的系统传递函数，计算可以获得路面高程 其作为理想整车地棚参考模型的轴间预瞄输入；理想整车地棚参考模型的地棚阻尼系数为cg；
步骤3中理想整车地棚参考模型的输入包括轴前输入与轴间预瞄输入；根据前述传感器获得的激光测距传感器到路面的垂直高度yr以及激光测距传感器的垂直振动加速度通过滤波降噪并二次积分得到zr，实际路面高程为：xr＝yr‑zr，其作为理想整车地棚参考模型的轴前预瞄输入；通过前述车身加速度传感器获得的车身加速度信号以及路面激励的系统传递函数，计算可以获得路面高程 其作为理想整车地棚参考模型的轴间预瞄输入；
当车辆前轮爆胎时：若车辆从爆胎时刻开始所行驶距离小于轴距l2，车辆速度为v，前轮都采用轴前预瞄输入，输入为路面高程xr，预瞄时间tf＝l1/v；后轮都采用轴间预瞄输入，预瞄时间为tr＝l2/v；若汽车行驶距离大于轴距l2，此时车辆速度为v，前轮都采用轴前预瞄输入，输入为xr，预瞄时间为tf＝l1/v，爆胎前轮同侧后轮采用轴前预瞄输入，预瞄时间tr＝(l1+l2)/v；非爆胎前轮同侧后轮采用轴间预瞄输入，输入为根据前轮的状态响应求得前轮路面 预瞄时间
当车辆后轮爆胎时：前轮都采用轴前预瞄，预瞄时间tf＝l1/v；后轮都采用轴间预瞄，预瞄时间为tr＝l2/v；
步骤
4.建立整车地棚模型作为理想参考模型；
步骤
5.通过理想整车地棚参考模型得到四轮各自理想轮胎垂直载荷FNi和各减振器理想阻尼力fd；
步骤
6.根据各减振器理想阻尼力fd，结合半主动悬架饱和特性和方向不可控特性，利用模糊控制逻辑确定各个减振器的等效阻尼力

2.根据权利要求1所述的一种爆胎车辆的悬架半主动控制方法，其特征在于，步骤1中胎压传感器分别安装在车辆四个轮胎内部；轮胎加速度传感器分贝安装在车辆前后轴末端；激光测距传感器安装在车辆两前轮中心正前方l1处车架上；l1为激光测距传感器到前轮中心的距离；加速度传感器安装在激光测距传感器旁并紧靠激光测距传感器；车身加速度传感器安装在两前轮中心正上方车身上；车速传感器安装在车辆变速器输出轴上。

3.根据权利要求1所述的一种爆胎车辆的悬架半主动控制方法，其特征在于，步骤2中判断轮胎是否爆胎的具体方法为：根据胎压传感器采集实时轮胎气压，若采集到的轮胎气压信息在一个毫秒内变化1kPa以上，则判定气压信息在一个毫秒内变化1kPa以上的轮胎为爆胎轮，并将爆胎轮位置信息输入到ECU，同时将正常行驶半主动悬架控制策略切换为爆胎控制策略。

4.根据权利要求1所述的一种爆胎车辆的悬架半主动控制方法，其特征在于，步骤4中所建立的理想整车地棚参考模型为1/4地棚模型应用到整车七自由度模型；参考模型的动力学方程为：
车身垂直运动方程为：
俯仰运动方程为：
侧倾运动方程为：
非簧载质量垂直运动方程为：
其中，
ms为车身质量，xs为车身速度， 为车身加速度，Ffl、Ffr、Frl、Frr分别为前左、前右、后左和后右悬架对车身的总作用力；Iy为车身对y轴转动惯量，为侧倾角，为侧倾角加速度，b为车辆质心到后轴的距离，a为车辆质心到前轴的距离，d为车轮轮距，Ix车身对x轴转动惯量，θ为俯仰角，为俯仰角加速度，mti为各悬架的簧下质量， 为各悬架簧下质量的加速度，kti为各轮胎的刚度，cti为各轮胎的阻尼，xti为各悬架簧下质量的位移， 为各悬架簧下质量的速度，xri为各轮胎的路面输入， 为各轮胎的路面速度输入，cgi为各轮胎的阻尼，csi为各悬架的阻尼，Fi为各悬架对车身的总作用力，ksi为各悬架刚度，xsi为各车身端点位移， 为各车身端点速度，其中，i＝1,2,3,4。

5.根据权利要求1所述的一种爆胎车辆的悬架半主动控制方法，其特征在于，所述理想整车地棚参考模型的地棚阻尼系数cg与路面等级，车速和爆胎轮有关，具体求解为：
按照国际路面等级标准，路面输入的等级包括六个等级；
考虑到国内交通实际情况，对车辆速度划分为七个速度区间，0km/h～30km/h为等级Ⅰ，
30km/h～50km/为等级Ⅱ，50km/h～70km/h为等级Ⅲ70～90km/h为等级Ⅳ，90km/h～100km/h为等级Ⅴ，100km/h～110km/h为等级Ⅵ，110km/h～120km/h为等级Ⅶ；其中，分别取七个区间的代表速度为25km/h，40km/h，60km/h，80km/h，95km/h，105km/h，115km/h；在一共42种路面‑速度行驶环境下，包括单轮、双轮、三轮和四轮爆胎共15种爆胎情况，以轮胎动载荷为评判标准，调整四轮的地棚阻尼cg值，当四轮动载荷协调达到最优时，确定此时的最优地棚阻尼值，ECU电子单元记录下每种行驶状况的四轮最优地棚阻尼值，并保存到数据库；
实际发生爆胎时，上述激光测距传感器始终采集车辆前端l1长度的路面高程，通过路面不平度的功率谱分析得到ISO标准下的路面等级，由车速传感器获得实时车速，根据路面‑速度‑爆胎轮状况，ECU从数据库中提取对应最优地棚阻尼系数cg。

6.根据权利要求1所述的一种爆胎车辆的悬架半主动控制方法，其特征在于，步骤5中所述理想轮胎垂直载荷FNi由理想整车地棚参考模型得到：
进一步，根据实际车辆非簧载质量垂直运动方程：
其中，Fi为悬架对车身总作用力， ksfl为前左悬架
刚度，xtfl为前左悬架簧下质量的位移，xsfl为前左车身端点位移，csfl为前左悬架的阻尼，于是各减振器理想阻尼力为：

7.根据权利要求1所述的一种爆胎车辆的悬架半主动控制方法，其特征在于，
步骤6中确定各个减振器等效阻尼力方法为模糊控制方法，具体方法如下：
模糊控制的输入变量包括理想阻尼力fd和悬架速度v，输出变量为等效阻尼力，输入变量fd变化范围为‑3KN～3KN，模糊论域取[‑3，3]，量化因子为1，模糊语言为[NB NM NS ZEZS ZM ZB]，选择三角形隶属度函数；输入变量v变化范围为‑1m/s～1m/s，模糊论域取[‑1，1]，量化因子为1，模糊语言为[NB NS ZE PS PB]，选择三角形隶属度函数；输出变量 变化范围‑fmax～fmax，模糊论域取[‑3，3]，比例因子Kfd1＝fmax/3，模糊语言为[NB NM NS ZE ZS ZM ZB]，选择三角形隶属度函数；
模糊控制规则的原则为：fd>0，v>0，此时半主动阻尼力小于0，两者“方向”相反，则取半主动阻尼力最小值；fd>0，v<0，此时半主动阻尼力大于0，两者“方向”相同，则半主动阻尼力追踪fd；fd<0，v>0，此时半主动阻尼力小于0，两者“方向”相同，则半主动阻尼力追踪fd；fd<
0，v<0，此时半主动阻尼力大于0，两者“方向”相反，则取半主动阻尼力最小值。