[发明专利]一种车辆侧倾和平顺性协调控制方法

说明书

本发明公开了一种车辆侧倾和平顺性协调控制方法，其采用剪切模式磁流变减振器作为执行机构，将汽车的四个减振器更换为所述的磁流变减振器，并通过控制磁流变减振器阻尼力的大小实现半主动悬架的侧倾和平顺性控制，具体的控制方法包括：(1)建立磁流变减振器阻尼力‑速度特性曲线；(2)建立磁流变减振器多项式数学模型；(3)建立六自由度侧倾车辆模型；(4)设计限幅最优控制器。本发明通过设计合适的阻尼力控制策略和限幅最优控制器的合理设计，较好的保证了减振器输出控制力满足最优控制的需求，相较于其它控制方式更好的保证了侧倾和平顺性协调控制的效果。

技术领域

本发明涉及一种车辆侧倾和平顺性协调控制方法，属于车辆设计领域。

背景技术

传统的被动悬架采用增强悬架或横向稳定杆刚度的方式提高防止侧倾能力，但这会导致车辆平顺性的降低，无法同时满足抗侧倾和提高平顺性的要求。主动悬架可以在一定程度上解决这一问题，但是主动悬架的工作需要附加执行机构来产生满足控制所需要的力，在一定程度上增加了车辆的能耗，并且总体结构比较复杂，实现起来具有一定的难度。半主动悬架能耗低、易于控制，效果接近主动悬架。传统的磁流变减振器半主动悬架能耗低、易于控制，但在车辆侧倾运动这种低速运动下，磁流变减振器由于伸缩速度低，所能提供的阻尼力低，因此难以提供有效的抗侧倾力。

申请人前期申请的一种新式磁流变减振器，专利号为ZL2017105406890，该减振器通过剪切模式产生阻尼力，具有明显的低速大阻尼特性，当车辆转向时，采用抗侧倾模式在低速下提供大的抗侧倾阻尼力，从而有效地抑制车身侧倾，提高车辆的弯道通行速度，此外该磁流变减振器的工作范围大，能够在整个速度范围内提供满足实现抗侧倾同时兼顾平顺性的控制力，实现侧倾和平顺性的协调控制。因此如何把该类减震器的优势充分发挥，实现侧倾和平顺性协调的优化控制，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于剪切模式磁流变减振器的半主动悬架侧倾和平顺性协调控制方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：采用剪切模式磁流变减振器作为控制行为的执行机构，将汽车的四个减振器更换为所述的磁流变减振器，并通过控制磁流变减振器阻尼力的大小实现半主动悬架的侧倾和平顺性协调控制；通过对磁流变减振器进行磁场有限元分析，得到减振器的输出特性曲线；在此基础上建立剪切模式磁流变减振器的数学模型和反模型；根据实际工况需求将减振器工作区域划分为抗侧倾模式和常规模式，并采用合理的阻尼力控制策略，设计限幅最优控制器，实现侧倾和平顺性协调控制。

进一步的，所述的磁流变减振器数学模型采用多项式模型建立；根据磁场有限元分析结果，通过理论计算获得剪切模式磁流变减振器在不同电流大小下的速度-阻尼力特性曲线，对每个电流下的特性曲线进行多项式拟合，获得具体的阻尼力与速度的函数关系，在此基础上把电流作为变量针对多项式系数进行二次拟合，将阻尼力表达成与速度v和电流I相关的函数：

F＝(b₀+c₀I)+(b₁+c₁I)v (1)。

进一步的，减振器的工作区域划分为抗侧倾模式和常规模式；当车辆转向行驶时，采用抗侧倾模式，由于低速大阻尼区域的存在，通过提供一定的励磁电流，剪切模式磁流变减振器能够提供相当大的阻尼力，获得较好的抗侧倾效果；对车辆进行平顺性控制时，将减振器的工作模式切换到常规模式，减小低速大阻尼特性带来的平顺性的损失，所述常规特性可以看作是普通伸缩阀式磁流变减振器的特性曲线。

进一步的，，所述控制器采用限幅最优控制；针对侧倾和平顺性相关性能指标设计最优控制目标函数，通过层次分析法分别确定客观加权系数和主观加权系数，进一步可以获得最优控制加权矩阵K，并计算出最优控制所需的阻尼力F_act＝-Kx(t)。