汽车半主动悬架系统的频域控制方法
阅读：920发布：2020-05-12
专利汇可以提供汽车半主动悬架系统的频域控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 汽车 半主动 悬架系统 的频域控制方法，包括：测 车身 垂直 加速 度通过车身垂直加速度求车身垂直加速度变化率和车身垂直速度计算第一、第三、第五不动点所分别对应的 频率 值f1、f3、f5；令fc分别取f1、f3、f5，计算判定振动频率f所属频段范围，从而设置 减振器 的阻尼系数取值。本发明以车身垂直加速度、 车轮 动 载荷 、悬架动挠度的频域传递特性为 基础 ，可自适应地判别悬架系统振动所属频段范围，从而施加相应的阻尼，在整个频域上都能达到较好的控制性能，显著地提高车辆的悬架性能。，下面是汽车半主动悬架系统的频域控制方法专利的具体信息内容。
1.一种汽车半主动悬架系统的频域控制方法，基于汽车半主动悬架系统的二自由度模型实现，其特征在于，它包括如下步骤: 步骤1:通过安装在待控制的汽车半主动悬架系统中的车轮上方相对应的车身部分上的加速度传感器测得车身垂直加速度尤; 步骤2:通过对车身垂直加速度元求微分而得到车身垂直加速度变化率t通过对车身垂直加速度毛求积分而得到车身垂直速度毛； 步骤3:计算车身垂直加速度传递率函数的第一、第三不动点所分别对应的频率值f\、f3，以及车轮动载荷传递率函数的第五不动点所对应的频率值f5 ; 步骤4:通过步骤2中求得的车身垂直加速度变化率^和车身垂直加速度毛，令f。分别取f\、f3、f5，计算[元2 -(2欢)4i/]，判定该汽车半主动悬架系统的振动频率f所属频段范围，其中:若忠-(2私)4元2]<0，则意味着此时的频率€ G Q1，车身共振区Q1 =(O，f:)，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器的阻尼系数为最大阻尼系数Cmax ;若[X； - (2成)4毛2 ]》O且[:r; - (2^； )4足2 ] < 0 ,则意味着此时的频率f G Q 2，人体敏感振区Q 2=[f1； f5]，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器的阻尼系数为最小阻尼系数Cnlin ；若[:f/ - (2^)4之2] > O且Pf -(2«彳]< O，则意味着此时的频率f G Q 3，车轮共振区Q3= (f5，f3)，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器的阻尼系数为最大阻尼系数
，则意味着此时的频率f G Q4，高频区Q4 = [f3,⑴)，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器的阻尼系数为最小阻尼系数cmin。
2.如权利要求1所述的频域控制方法，其特征在于: 所述频率值由公
计算出，所述频率值f3由公式
计算出，其中:
所述频率值f5由公式计算出，其中:
其中:mt为所述待控制的车轮的质量，msS所述待控制的车轮相对应的车身部分的质量，ks为所述待控制的车轮与其相对应的所述车身部分之间的连接所等效的悬架弹簧的刚度系数，kt为所述待控制的车轮与路面间的垂直接触所等效的车轮弹簧的刚度系数。
3.如权利要求1或2所述的频域控制方法，其特征在于: 所述步骤I中的所述车轮为一个车轮，所述车轮上方相对应的所述车身部分上安装的所述加速度传感器为一个加速度传感器。
汽车半主动悬架系统的频域控制方法技术领域
[0001] 本发明涉及一种汽车半主动悬架系统的频域控制方法，属于结构振动控制领域。背景技术
[0002] 汽车悬架系统包括汽车主动悬架系统、汽车半主动悬架系统和汽车被动悬架系统。近年来，汽车悬架系统在结构振动控制方面取得了很大的进展，尤其是半主动控制兼有被动和主动控制的优点，能量消耗少，却可以达到接近主动控制的性能，具有非常好的应用前景。
[0003] 半主动控制包括变刚度和变阻尼两种控制方式，因改变减振器阻尼特性较改变弹簧刚度更容易，所以，汽车半主动悬架系统主要由不可变刚度的弹簧和可变阻尼的减振器组成。汽车半主动悬架系统的主要工作是通过某种半主动控制方法控制减振器动作，其中，减振器已发展较为成熟，汽车半主动悬架系统中常用的减振器有电液阀减振器、电流变减振器、磁流变减振器三种，而已有控制减振器的半主动控制方法却还存在以下几个方面的缺陷:
[0004] 第一，控制效果不理想。已有半主动控制方法直接决定汽车半主动悬架系统的振动抑制效果，有些已有半主动控制方法在提升某个指标的同时要以牺牲其他指标为代价，或者只能在某些频段有效。
[0005] 第二，已有半主动 控制方法复杂。虽然已有半主动控制方法能够达到相对较好的控制效果，但其设计或计算过程复杂，一方面，在线计算量大，造成较大的控制时滞，难以达到控制的快速响应，另一方面，复杂程度导致半主动控制方法甚至难以实现。
[0006] 第三，已有半主动控制方法所需的传感器较多，易导致误差加大。以图1中示出的典型的汽车半主动悬架系统的二自由度模型为例，大多数已有半主动控制方法需要在各车轮20以及各车轮20对应的车身10上分别布置加速度传感器60，有的半主动控制方法还需要在各车轮20与其对应的车身10之间布置位移传感器(图中未示出)，而各个传感器都需要引出引线来传递信号，当悬架系统变形时，引线存在易被拉扯而导致信号传递不可靠的问题。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种汽车半主动悬架系统的频域控制方法，该方法以车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度的频域传递特性为基础，可自适应地判别半主动悬架系统振动所属频段范围，从而施加相应的阻尼，在整个频域上都能达到较好的控制性能，显著地提高车辆的悬架性能。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0009] 一种汽车半主动悬架系统的频域控制方法，基于汽车半主动悬架系统的二自由度模型实现，其特征在于，它包括如下步骤:
[0010] 步骤1:通过安装在待控制的汽车半主动悬架系统中的车轮上方相对应的车身部分上的加速度传感器测得车身垂直加速度^;
[0011] 步骤2:通过对车身垂直加速度尤求微分而得到车身垂直加速度变化率元，通过对车身垂直加速度毛求积分而得到车身垂直速度之；
[0012] 步骤3:计算车身垂直加速度传递率函数的第一、第三不动点所分别对应的频率值f\、f3,以及车轮动载荷传递率函数的第五不动点所对应的频率值f5 ;
[0013] 步骤4:通过步骤2中求得的车身垂直加速度变化率尤和车身垂直加速度毛，令f。分别取f\、f3、f5，计算[:f/ -(2<)4i/]，判定该汽车半主动悬架系统的振动频率f所属频段范围，其中:若[t-a忒)4±/]0且[X;2-(2#3)4±/]<0，则意味着此时的频率f G Q3,车轮共振区Q3= (f5，f3)，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器的阻尼系数为最大阻尼系数0_;若[^2-(2贰)4元2]20，则意味着此时的频率『£ Q4,高频区Q4= [f3,⑴)，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器的阻尼系数为最小阻尼系数cmin。
[0014]所述频率值由公式从计算出，所述频率值f3由公式
计算出，其中:a 工=2 (ms+mt) ks+mskt ；
计算出，其中:a 工=2 (ms+mt) ks+mskt ；
[0015] 所述频率值f5由公式计算出，其中:a 2 =[0016] 其中:mt为所述待控制的车轮的质量，ms为所述待控制的车轮相对应的车身部分的质量，ks为所述待控制的车轮与其相对应的所述车身部分之间的连接所等效的悬架弹簧的刚度系数，kt为所述待控制的车轮与路面间的垂直接触所等效的车轮弹簧的刚度系数。
[0017] 所述步骤I中的所述车轮为一个车轮，所述车轮上方相对应的所述车身部分上安装的所述加速度传感器为一个加速度传感器。
[0018] 本发明的优点是:
[0019] 本发明方法根据汽车半主动悬架系统的传递特性而设计，是一种频域半主动控制方法，具有如下特点:
[0020] 第一，本发明以车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度的频域传递特性为基础，可自适应地判别半主动悬架系统振动所属频段范围，从而施加相应的阻尼，在不同的频段范围内对车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度进行较好的控制，在整个频域上都能达到较好的控制性能，显著地提高车辆的乘坐舒适性、操纵稳定性和安全性。
[0021] 第二，本发明所需的传感器少，只需在车轮上方的车身部分上安装一个加速度传感器即可，因而，本发明易实现，成本低，且安装在车身上的加速度传感器的防护性好，不会受外界恶劣环境的干扰，不易损坏，没有引线引出困难，可靠性、安全性高。
[0023] 图1是已有半主动控制方法应用在典型的汽车半主动悬架系统的二自由度模型上的示意图。
[0024] 图2是本发明方法应用在典型的汽车半主动悬架系统的二自由度模型上的示意图。
[0025]图3是在不同阻尼系数cmin、Cnoffl, Cfflax下，车身垂直加速度的传递率幅频曲线图。
[0026]图4是在不同阻尼系数cmin、Cnoffl, Cfflax下，车轮动载荷的传递率幅频曲线图。
[0027]图5是在不同阻尼系数cmin、Cnoffl, Cfflax下，悬架动挠度的传递率幅频曲线图。
[0028] 图6是本发明方法的实施流程图。
[0029] 图7a是路面激励频率为IHz时，被动悬架的车身垂直加速度的响应曲线图、基于天棚阻尼控制方法得到的车身垂直加速度的响应曲线图、基于本发明方法得到的车身垂直加速度的响应曲线图。
[0030] 图7b是路面激励频率为IHz时，被动悬架的车轮动载荷的响应曲线图、基于天棚阻尼控制方法得到的车轮动载荷的响应曲线图、基于本发明方法得到的车轮动载荷的响应曲线图。
[0031] 图7c是路面激励频率为IHz时，被动悬架的悬架动挠度的响应曲线图、基于天棚阻尼控制方法得到的悬架动挠度的响应曲线图、基于本发明方法得到的悬架动挠度的响应曲线图。
[0032] 图8a是路面激励频率为5Hz时，被动悬架的车身垂直加速度的响应曲线图、基于天棚阻尼控制方法得到的车身垂直加速度的响应曲线图、基于本发明方法得到的车身垂直加速度的响应曲线图。
[0033] 图8b是路面激励频率为5Hz时，被动悬架的车轮动载荷的响应曲线图、基于天棚阻尼控制方法得到的车轮动载荷的响应曲线图、基于本发明方法得到的车轮动载荷的响应曲线图。
[0034] 图8c是路面激励频率为5Hz时，被动悬架的悬架动挠度的响应曲线图、基于天棚阻尼控制方法得到的悬架动挠度的响应曲线图、基于本发明方法得到的悬架动挠度的响应曲线图。
[0035] 图9a是路面激励频率为IlHz时，被动悬架的车身垂直加速度的响应曲线图、基于天棚阻尼控制方法得到的车身垂直加速度的响应曲线图、基于本发明方法得到的车身垂直加速度的响应曲线图。
[0036] 图9b是路面激励频率为IlHz时，被动悬架的车轮动载荷的响应曲线图、基于天棚阻尼控制方法得到的车轮动载荷的响应曲线图、基于本发明方法得到的车轮动载荷的响应曲线图。
[0037] 图9c是路面激励频率为IlHz时，被动悬架的悬架动挠度的响应曲线图、基于天棚阻尼控制方法得到的悬架动挠度的响应曲线图、基于本发明方法得到的悬架动挠度的响应曲线图。
[0038] 图1Oa是路面激励频率为15Hz时，被动悬架的车身垂直加速度的响应曲线图、基于天棚阻尼控制方法得到的车身垂直加速度的响应曲线图、基于本发明方法得到的车身垂直加速度的响应曲线图。
[0039] 图1Ob是路面激励频率为15Hz时，被动悬架的车轮动载荷的响应曲线图、基于天棚阻尼控制方法得到的车轮动载荷的响应曲线图、基于本发明方法得到的车轮动载荷的响应曲线图。
[0040] 图1Oc是路面激励频率为15Hz时，被动悬架的悬架动挠度的响应曲线图、基于天棚阻尼控制方法得到的悬架动挠度的响应曲线图、基于本发明方法得到的悬架动挠度的响应曲线图。
具体实施方式
[0041] 本发明方法是通过总结基于已有半主动控制方法在典型的汽车半主动悬架系统的二自由度模型上的应用缺陷而设计出的，具体说明如下:
[0042] 如图1，典型的汽车半主动悬架系统的二自由度模型包括车轮20以及该车轮20所对应的车身10，该车轮20指一个车轮，车身10指该车轮20所对应的整个汽车的相应车身部分。车身10与车轮20之间的连接等效于悬架弹簧30，车轮20与路面80间的垂直接触等效于车轮弹簧50，车轮20与车身10之间安装有减振器40。对于已有半主动控制方法而言，需要在车轮20以及该车轮20所对应的车身10上分别安装加速度传感器60，车身10、车轮20上的加速度传感器60分别用来检测车身10、车轮20的垂直加速度，并把测得的垂直加速度信号传送给控制器70，使控制器70根据测得的垂直加速度信号所计算出的控制结果来对减振器40进行控制。
[0043] 从实际实施中得出， 车身的垂直加速度(车身与地面垂直方向的加速度)可反映车辆的行驶平顺性，是衡量乘坐舒适性的重要指标。
[0044] 设定车轮20的质量为mt，车轮20相对应的车身10部分的质量为ms，ks、kt分别为悬架弹簧30、车轮弹簧50的刚度系数，Cs为可控减振器40的阻尼系数，X,为路面不平度激励的垂直位移，Xs, Xt分别为车身10、车轮20的垂直位移。
[0045] 令坐标原点选在各自平衡位置，则车身的运动微方程可表示为下式I):
[0047] 取上式I)的拉氏变换，得到下式2):
[0049] 通过式2)得到车身垂直位移相对于路面起伏的传递率函数(、')、车轮垂直位移相对于路面起伏的传递率函数HJs')，分别如下式3)、4)所示:
[0050]
[0052] 从实际实施中可以得到，车身垂直加速度又、车轮动载荷(xt (S)-^(S))、悬架动挠度(Xs (S)-Xt (S))分别反映了车辆的乘坐舒适性、操纵稳定性、安全性，是悬架性能的评价指标。
[0053] 由上式3)、4)可以得出，车身垂直加速度兄、车轮动载荷(xt (s)-Xr (S))、悬架动挠度(Xs(S)-Xt (S))相对于路面起伏的传递率函数分别为下式5)、6)、7)所示:
[0054]
[0057] 令(C为整常数)，可求得车身垂直加速度传递率函数
(4除f=0外，还有三个不动点，分别称为第一、第二、第三不动点，它们分别对应的频率fi> f2> f3如下式8)所示:[0058]
(4除f=0外，还有三个不动点，分别称为第一、第二、第三不动点，它们分别对应的频率fi> f2> f3如下式8)所示:[0058]
[0059]上式 8)中，a 丨=2 (ms+mt) ks+mskt。
[0060](C为整常数)，可求得车轮动载荷传递率函数
除f=0外，还有两个不动点，分别称为第四、第五不动点，它们分别对应的频率f4、f5如下式9)所示:
除f=0外，还有两个不动点，分别称为第四、第五不动点，它们分别对应的频率f4、f5如下式9)所示:
[0061]
[0062]上式 9)中，a2 = 2(ms+mt)2ks+ms(ms+2mt)kto
[0063](C为整常数)，可求得悬架动挠度传递率函数
H、.、.,(〃)除f=0外，还有一个不动点，称为第六不动点，它对应的频率f6如下式10)所示:
H、.、.,(〃)除f=0外，还有一个不动点，称为第六不动点，它对应的频率f6如下式10)所示:
[0065] 传递率函数不动点的物理意义是:对于一个汽车悬架系统，其在不同的阻尼系数条件下，悬架性能指标的传递率在相对应的频率处保持不变。
[0066]取一组典型的汽车悬架系统参数:ms=317.5kg, mt=45.4kg, ks=22kN/m, kt=192kN/m，Cs 分别取 Cnom= 1500N.s/m, cmin=500N.s/m, cmax=3000N.s/m。取式 5)至 7)的绝对值，并令s = j • 2π f，则可得到车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度分别针对不同阻尼系数Cmin> Cnom, Cmax的传递率幅频曲线，如图3、图4、图5所示，图3-图5中的横坐标为汽车半主动悬架系统的振动频率f (Hz)，纵坐标为传递率(dB)。
[0067] 从图3可以看出，除0外，车身垂直加速度的传递率具有三个不动点，分别被称为第一不动点A、第二不动点B、第三不动点C，该第一不动点A、第二不动点B、第三不动点C分别对应的频率为f\、f2、f3。如图3，当0 < f < 时，车身垂直加速度的传递率随阻尼系数的增大而减小，大阻尼对共振的抑制尤为显著，当f2 < f < f3时，虽然车身垂直加速度的传递率也随阻尼系数的增大而减小，但阻尼的影响非常小，可以忽略，而在其他频率范围< f < f2和f > f3，随着阻尼系数的增大，传递率增大，意味着路面的激励传递给车身的就越多，导致舒适性变差，尤其是频率范围< f < f2，人体内脏的共振频率(4-8Hz)便处于该频率范围< f < f2内。故而可看出，对于固定阻尼的汽车被动悬架系统来说，无法满足不同频段对阻尼的要求，只能采取折中设计，而配备了汽车被动悬架系统的车辆的乘坐舒适性是难以提高的。
[0068] 从图4可以看出，除0外，车轮动载荷的传递率具有两个不动点，分别被称为第四不动点D、第五不动点E,该第四不动点D、第五不动点E分别对应的频率为f4、f5。如图4,当f < f4或f > f5时，增大阻尼有利于抑制共振，减小车轮动载荷。而在f4 < f < f5的频带内，车轮动载荷的传递率则随阻尼增大而增大。因此，对于操纵稳定性来说，固定阻尼的被动悬架系统同样无法实现整个频带上的优化配置。
[0069] 从图5可以看出，除0外，悬架动挠度的传递率具有一个不动点，称为第六不动点F，其对应的频率为f6。如图5，悬架动挠度虽然总体上随阻尼增大而减小，尤其图5中突显波峰的区域，需要大阻尼抑制共振，但在其他区域，阻尼大小对悬架动挠度的影响很小。
[0070] 综合对比图4至图6后可以得出，从频域的角度来看，利用阻尼对车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度的传递特性的控制存在一定的一致性，即在(0，4)、(f5，f3)两个区域都需要给半主动悬架系统提供大阻尼来抑制共振，在[f\，f5]区域则要尽可能地提供小阻尼，以减小悬架间作用力的传递，在[f3，-)区域内，车轮动载荷和悬架动挠度受阻尼的影响随频率的升高而迅速减小，因此在该区域可采用较小的阻尼来降低车身垂直加速度传递率，且不会恶化操纵稳定性。
[0071] 由上述分析可知，只要合适地划分出频带并加以控制，即可使汽车半主动悬架系统的综合性能在整个频域内都达到近似最佳。
[0072] 需要提及的是，对于一个汽车半主动悬架系统，其必定具有6个不动点，它们可通过车轮质量mt、相应车身部分质量ms、悬架弹簧刚度系数ks、车轮弹簧刚度系数kt计算出，且这6个不动点所对应的频率值是固定的。但对于不同的汽车半主动悬架系统，由于其参数ms、mt、ks、kt的取值可能不同，因此6个不动点所对应的频率值便可能不同。但不论哪个汽车半主动悬架系统，其所具有的6个不动点所对应的频率〜f6均遵循且各频段所对应的传递率幅频曲线的阻尼特点是相同的。
[0073] 因此，在本发明中，将汽车半主动悬架系统振动频域划分为四个区域:车身共振区Q1= (0，D、人体敏感振区Q2= Iif1, f5]、车轮共振区Q3= (f5, f3)、高频区(也可称为高段区)Q4= [f3, 考虑到4与&较为接近，且悬架控制目标更加侧重降低车身垂直加速度，将4作为车身共振区Q工与人体敏感振区Q2的分隔点。在车轮共振区Q3，阻尼对车轮动载荷影响较大，而对车身垂直加速度影响较小，因而在这一区域的悬架控制目标更加侧重降低车轮动载荷，以f5作为人体敏感振区Q2与车轮共振区Q3的分隔点。车轮共振区03与高频区Q4之间则以&作为分隔点。
[0074] 当半主动悬架系统的振动频率f G Q1时，令阻尼系数取减振器所能达到的最大阻尼系数，抑制半主动悬架系统的车身共振，可同时降低车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度；当半主动悬架系统的振动频率f e Q2时，令阻尼系数取减振器所能达到的最小阻尼系数，减小路面冲击传递至车身，可同时降低车身垂直加速度和车轮动载荷，而不增大悬架动挠度；当半主动悬架系统的振动频率f e Q3时，令阻尼系数取减振器所能达到的最大阻尼系数，抑制车轮共振，可同时降低车轮动载荷和悬架动挠度，而不明显增大车身垂直加速度；当半主动悬架系统的振动频率f e Q4时，令阻尼系数取减振器所能达到的最小阻尼系数，减小路面冲击传递至车身，可显著降低车身垂直加速度，而不明显增大车轮动载荷和悬架动挠度。
[0075] 归纳总结为:f G Q1 U Q3时，阻尼系数设置为最大；f G Q2 U 04时，阻尼系数设置为最小。用数学表达式描述为:
[0076]
[0077] 基于上述分析与结论，对于一个汽车半主动悬架系统，本发明提出了一种频域控制方法，如图6，包括如下步骤:
[0078] 步骤1:通过安装在待控制的汽车半主动悬架系统中的车轮20 (—个车轮)上方相对应的车身部分(即图2中所示的车身10)上的加速度传感器60 (—个加速度传感器)测得车身垂直加速度元(车身垂直加速度是指车身与地面垂直方向的加速度);
[0079] 步骤2:通过对车身垂直加速度&卞微分而得到车身垂直加速度变化率足，通过对车身垂直加速度尤求积分而得到车身垂直速度^ ；
[0080] 步骤3:计算车身垂直加速度传递率函数的第一、第三不动点所分别对应的频率值Ad3 (通过式8)求出)，以及车轮动载荷传递率函数的第五不动点所对应的频率值f5 (通过式9)求出)；
[0081] 步骤4:通过步骤2中求得的车身垂直加速度变化率^和车身垂直加速度Y，令f。分别取f\、f3、f5，计算[f,2-(2<)4i/]，判定该汽车半主动悬架系统的振动频率f所属
频段范围，其中:若[兄2-(2<)4毛2]<0，则意味着此时的频率€£ Q1，车身共振区Q1 =(0，f:)，通过控制器70对减振器40的控制，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器40的阻尼系数为最大阻尼系数。_;若[#-(2忒)4尤2拎0且[:^-(2#5)4±/；^0，则意味着此时的频率fe Q2，人体敏感振区Q2= [f\，f5]，通过控制器70对减振器40的控制，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器40的阻尼系数为最小阻尼系数Cmin ;若[#-(2成)4夂2]>0且[y/-(2#3)4is2]<0，则意味着此时的频率f G Q3,车轮共振区Q3=(f5, f3)，通过控制器70对减振器40的控制，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器40的阻尼系数为最大阻尼系数Cmax;若|^2-(2#3)4i/:^0，则意味着此时的频率f G Q4,高频区Q4 = [f3,-)，通过控制器70对减振器40的控制，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器40的阻尼系数为最小阻尼系数cmin。
频段范围，其中:若[兄2-(2<)4毛2]<0，则意味着此时的频率€£ Q1，车身共振区Q1 =(0，f:)，通过控制器70对减振器40的控制，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器40的阻尼系数为最大阻尼系数。_;若[#-(2忒)4尤2拎0且[:^-(2#5)4±/；^0，则意味着此时的频率fe Q2，人体敏感振区Q2= [f\，f5]，通过控制器70对减振器40的控制，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器40的阻尼系数为最小阻尼系数Cmin ;若[#-(2成)4夂2]>0且[y/-(2#3)4is2]<0，则意味着此时的频率f G Q3,车轮共振区Q3=(f5, f3)，通过控制器70对减振器40的控制，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器40的阻尼系数为最大阻尼系数Cmax;若|^2-(2#3)4i/:^0，则意味着此时的频率f G Q4,高频区Q4 = [f3,-)，通过控制器70对减振器40的控制，使该待控制的汽车半主动悬架系统中的减振器40的阻尼系数为最小阻尼系数cmin。
[0082] 在实际使用本发明时，可实时或定时测量车身垂直加速度尤，从而对减振器40的阻尼系数及时进行相应控制。
[0083] 在本发明中，[尤2-(2攻；)4^2]用于在线判定半主动悬架系统的振动频率。若半主动悬架系统的振动频率f > fc,则[元2 -(2yfc)4xs2] > 0，若半主动悬架系统的振动频率f< UJl' -(2<:.)4is2]
[0084]假定 I5 = sm(2#) ( />0 )，则 X; = -{Inff sin.(2^/)，将 、X；代入[<-(2<)4尤2]可得:
[0085] F = [；f；-(Infc)4Xi2] = [(2,)4-(2#c)4]sin2(2#0
[0086]显然，若 K2 - (2O4毛2 ] < 0，则推导出 f < f；;若[X； - (2< )4 i/ ] > 0，则推导出f > f。；而当F = 0时，虽然无法判断f•所属区间，但是，一个数值点不会影响整个系统的工作。因此，分别取f。的值为f\、f5、f3，若则f G (0, f:);若R2-(2^)4¾2]>O 且[x^-(2^)4xs2]<0，则 f e [f 1； f5]；若[,—(2私)4^2]> O 且[:fs2-(2«is2]<0』iJfG (f5, f3);若[元2—(2#3)4is2]》0，则 f G [f3, 00)。如此，就可以判定半主动悬架系统的振动频率所属频段范围。并且，由此可以看出，用[#—(2#J4is2]
来判定半主动悬架系统的振动频率是合理的，是可以实现的。
来判定半主动悬架系统的振动频率是合理的，是可以实现的。
[0087] 综上，本发明频域控制方法可描述为下式12)所示:
[0088]
[0089] 从上式12)可以看出，本发明的一个显著优点便是只需要在待控制的汽车半主动悬架系统中的那一个车轮上方对应的车身部分上安装一个加速度传感器即可实现半主动悬架系统的振动控制。
[0090] 需要说明的是，本发明方法也是基于典型的汽车半主动悬架系统的二自由度模型而设计的。如图2，典型的汽车半主动悬架系统的二自由度模型包括车轮20以及该车轮20所对应的车身10。图2中的车轮20是指一个车轮，在实际应用中，需要对哪个车轮按照本发明频域半主动控制方法进行控制，即在该车轮上方的相应车身部分上安装一个加速度传感器，图2中的车身10即是指位于该车轮20上方、与该车轮20相对应的车身部分。如图2，车身10与车轮20之间的连接等效于悬架弹簧30，车轮20与路面80间的垂直接触等效于车轮弹簧50，车轮20与车身10之间安装有减振器40。与已有半主动控制方法不同的是，本发明方法只需要在车身10上安装一个加速度传感器60即可，加速度传感器60将测得的垂直加速度信号传送给控制器70，从而使控制器70根据垂直加速度信号所计算出的控制结果来对减振器40的阻尼系数进行控制，进而实现阻尼控制。
[0091] 天棚阻尼控制方法是目前汽车半主动悬架系统常用的半主动控制方法，其控制表达式如下:
[0092]
[0093] 显然，天棚阻尼控制方法的实现需要分别获得车身和车轮的垂直速度，因而至少需要两个加速度传感器。
[0094] 下面说明本发明的有益效果。
[0095]以典型的汽车悬架系统参数为例:ms=317.5kg，mt=45.4kg，ks=22kN/m, kt=192kN/m,由式8-10)可以计算得到各不动点所对应的频率为K1=L 69Hz,f2=10.35Hz，f3=ll.50Hz,f4=l- 62Hz,f5=8.47Hz,f6=3.66Hz。于是，汽车半主动悬架系统振动频域的四个区域划分为:Q1 = (0，1.69)，Q2 = [1.69,8.47], Q3 = (8.47, 11.50)，Q4 = [11.50，⑴)。设定路面激励为正弦信号，幅度为0.05m，频率分别取f=lHz G Q1, f=5Hz G Q2, f=llHz G Q3>f=15Hz G Q40图7a—图7c分别示出了路面激励频率为IHz时，被动悬架、基于天棚阻尼控制方法得到、基于本发明方法得到的车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度的响应曲线。图8a—图Sc分别示出了路面激励频率为5Hz时，被动悬架、基于天棚阻尼控制方法得至IJ、基于本发明方法得到的车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度的响应曲线。图9a—图9c分别示出了路面激励频率为IlHz时，被动悬架、基于天棚阻尼控制方法得到、基于本发明方法得到的车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度的响应曲线。图1Oa—图1Oc分别示出了路面激励频率为15Hz时，被动悬架、基于天棚阻尼控制方法得到、基于本发明方法得到的车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度的响应曲线。
[0096] 从图7a—图7c可以看出，在车身共振区Q i，天棚阻尼控制方法(图中长虚线所示曲线)与本发明方法(图中实线所示曲线)的效果相当，且与无任何控制的被动悬架(图中短虚线所示曲线)相比，车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度都有一定的减小。
[0097] 从图8a—图Sc可以看出，在人体敏感振区Q 2，天棚阻尼控制方法(图中长虚线所示曲线)几乎失效，无任何控制的被动悬架(图中短虚线所示曲线)的效果很差，而本发明方法(图中实线所示曲线)在不增大悬架动挠度的前提下，可以显著地降低车身垂直加速度和车轮动载荷。
[0098] 从图9a—图9c可以看出，在车轮共振区Q 3，与被动悬架(图中短虚线所示曲线)相比，天棚阻尼控制方法(图中长虚线所示曲线)与本发明方法(图中实线所示曲线)都可以在不增大车身垂直加速度的前提下，显著降低车轮动载荷和悬架动挠度。
[0099] 从图1Oa—图1Oc可以看出，在高频区Q 4，与被动悬架(图中短虚线所示曲线)相比，天棚阻尼控制方法(图中长虚线所示曲线)与本发明方法(图中实线所示曲线)都可以在不增大车轮动载荷和悬架动挠度的前提下，显著降低车身垂直加速度，且本发明方法对降低车身垂直加速度的效果更有效。
[0100] 综上可以看出，与被动悬架、天棚阻尼控制方法相比，本发明方法在各个频段范围得到的车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度的效果都是接近最佳的。
[0101] 本发明的优点是:
[0102] 本发明方法根据汽车半主动悬架系统的传递特性而设计，是一种频域半主动控制方法，具有如下特点:
[0103] 第一，本发明以车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度的频域传递特性为基础，可自适应地判别半主动悬架系统振动所属频段范围，从而施加相应的阻尼，在不同的频段范围内对车身垂直加速度、车轮动载荷、悬架动挠度进行较好的控制，在整个频域上都能达到较好的控制性能，显著地提高车辆的乘坐舒适性、操纵稳定性和安全性。
[0104] 第二，本发明所需的传感器少，只需在车轮上方的车身部分上安装一个加速度传感器即可，因而，本发明易实现，成本低，且安装在车身上的加速度传感器的防护性好，不会受外界恶劣环境的干扰，不易损坏，没有引线引出困难，可靠性、安全性高。
[0105] 第三，本发明简单实用，降低了在线计算的难度，可广泛推广。
[0106] 上述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
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