[发明专利]一种汽车悬架减振器控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种汽车悬架减振器控制系统及方法，包括车身垂向振动加速度传感器、状态观测器、控制器以及磁流变减振器；状态观测器仅根据车身垂向振动加速度传感器信号即可对汽车的运行状态和行驶路况进行识别和预测，而不需要其他的车载传感器；控制器根据状态观测器的估计结果实时调节磁流变减振器活塞杆内电磁线圈中的电流值，进而实现对磁流变减振器性能的实时控制。该汽车悬架减振器控制系统在各种车况和路况下都有良好的工作条件，适用于各种道路与非道路车辆，尤其适用于高端乘用车和新能源汽车市场。

主权项

一种汽车悬架减振器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、系统获取计算参数；所述计算参数包括压电片的等效质量m、等效阻尼η、等效刚度k1，减振器螺旋弹簧刚度k2，轮胎等效刚度k3，汽车的簧上质量M1、簧下质量M2；此外，计算参数还包括磁流变液的表观粘度c，磁流变减振器的活塞有效长度L，缸体内径d1，活塞轴径d2，活塞与缸体间的间隙h，修正系数K0，磁流变液阻尼性能系数KI，系统噪声Q*和观测噪声R*；S2、计算系统连续的状态方程；分别以m、M1、M2为受力分析对象，根据牛顿第二定律建立系统的振动微分方程：m(u1··+u2··+u3··+Y··)+ηu1·+k1u1=0M1(u2··+u3··+Y··)+12cLAp2πd1h3u2·+3K0KILAphIsgn(u2·)+k2u2-ηu1·-k1u1=0M2(u3··+Y··)+k3u3-12cLAp2πd1h3u2·-3K0KILAphIsgn(u2·)=0---(1)]]>式中u1,u2,u3,Y分别表示压电片的最大挠度、减振器的变形量、轮胎的垂向变形量、路面不平度位移输入；c为磁流变液的表观粘度，L为磁流变减振器的活塞有效长度，d1为缸体内径，d2为活塞轴径，为活塞的有效面积，h为活塞与缸体间的间隙，I为流过磁流变减振器活塞杆内电磁线圈的的电流，K0为修正系数，取值范围为[0.8,1]，KI为磁流变液阻尼性能系数；取系统的状态变量和输出变量分别为则由公式(1)可得系统连续的状态方程为：x·=Ax+BI+00000-Y··T,y=Cx+DI+Y··---(2)]]>其中：A=000000-k1(1m+1M1)-η(1m+1M1)k2M112cLAp2πM1d1h300000100k1M1ηM1-k2M1-24cLAp2πM1d1h3k3M2000000100012cLAp2πM2d1h3-k3M20,B=K01M10-2M101M2]]>C=k1M1ηM1-k2M1-24cLAp2πM1d1h3k3M20,D=-2KM1,K=3K0KILApsgn(u2·)h]]>S3、计算系统离散化的状态方程；由公式(2)可得到系统离散化的状态方程为：xk=Fxk-1+GIk-1+wk-1,yk=Cxk+DIk+vkF=E+ATs,G=BTs---(3)]]>其中xk为系统在第k(k＝0,1,2,…)时刻的状态值，Ik为系统在第k(k＝0,1,2,…)时刻流过磁流变减振器电磁线圈的电流，Ts为采样时间，E为6阶单位矩阵；S4、计算汽车行驶状态的最优估计值；该步骤包括以下分步骤：S41、初始化状态观测器：x^0+=E(x0),P0+=E{(x^0+-x0)(x^0+-x0)T}---(4)]]>式中x0为汽车行驶状态初始值初值；S42、计算误差协方差及其状态：Pk-=FPk-1+FT+Qk-1*Pk+=(E-KkC)Pk----(5)]]>S43、计算卡尔曼增益：Kk=Pk-CT(CPk-CT+Rk*)-1---(6)]]>S44、计算并输出汽车行驶状态的最优估计值：x^k+=x^k-+Kk(yk-Cx^k--DIk)---(7)]]>式中为第k(k＝0,1,2,…)时刻时的汽车行驶状态的更新值；则即为第k(k＝0,1,2,…)时刻时的汽车行驶状态的最优估计值；S5、解尼卡提方程；PA+ATP‑PBR‑1BTP+Q＝0   (8)其中权矩阵Q和R是对称矩阵，且Q为半正定矩阵，R为正定矩阵；由此得到尼卡提方程的唯一正定解P；S6、计算并输出磁流变减振器活塞杆内电磁线圈的最优电流值I：I=-R-1BTPx^---(9)]]>式中即为第k(k＝0,1,2,…)时刻时的汽车行驶状态的最优估计值；进而电磁线圈通电后产生外加磁场，在磁场的作用下，磁流变减振器中的磁流变液的阻尼特性发生变化，从而产生反应迅速、可控性强的阻尼力，以确保在各种车况和路况下都有良好的工作条件。