基于模型预判的电磁混合悬架模式切换方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模型预判的电磁混合悬架模式切换方法，其传感器包括车辆前端的左右两个激光测距仪用于采集传感器至其下方路表面实时垂直距离、四个悬架上的车身高度传感器用于采集可调阻尼器两端实时直线距离、以及车速传感器用于获取车辆实时车速。上述传感器将测得的数据实时输入ECU电子控制单元；ECU计算出前轮预瞄距离L1段以及后轮预瞄距离L2段实时路表面对于理想平面的偏离距离yLi，并通过采样时间构建出路面谱。ECU将路面谱输入进悬架模型中，模型输出车身加速度ai以及悬架动行程si；该切换控制方法可实现整车四个悬架模式的自动切换，并避免了手动切换控制精确度低、容易对道路状况产生误判以及使用不便等缺点。

Model switching method for Electromagnetic Hybrid Suspension Based on model prediction

The invention discloses a hybrid electromagnetic suspension mode switching method based on model to predict, the sensor includes a front end of the vehicle about two laser rangefinder for body height sensor acquisition sensor to the lower side of the road surface real-time vertical distance, four suspension for collecting real-time adjustable damper at both ends of linear distance, and speed used to obtain real-time vehicle speed sensor. The above sensor will input the measured data to ECU electronic control unit in real time. ECU calculates the distance between the front wheel preview distance L1 segment and the rear wheel preview distance L2 segment, and the distance from the real road surface to the ideal plane is yLi, and builds out the surface spectrum through the sampling time. ECU the road spectrum input into the suspension model, the output of the model body acceleration AI and suspension travel Si; automatic switching can realize four vehicle suspension mode of the switch control method, and avoids the manual switching control of low accuracy and easy to cause mistakes and shortcomings of road conditions inconvenience.

【技术实现步骤摘要】
基于模型预判的电磁混合悬架模式切换方法
本专利技术涉及汽车底盘控制领域，特指一种电磁混合悬架模式切换的控制方法。
技术介绍
我国汽车需求量和保有量都在不断增加，由此所带来的能源紧张与环境问题日益突出，节能减排成为当今汽车发展的主题之一。汽车行驶过程中存在大量的能量损耗，其中振动能量损耗通过阻尼器转化为热能损耗掉，占所有能量损耗约20％。电磁混合悬架可以通过直线电机回收部分振动能量提高汽车的燃油经济性，也可以通过直线电机主动输出控制力来改善汽车悬架的动力学性能。因此，设计合适的策略来对直线电机在发电机与电动机直接进行合理切换控制具有很高的研究价值。然而现存的技术主要根据悬架实时的状态作为负反馈从而对悬架模式进行判断或者驾驶员根据主观判断进行手动切换。前者技术存在的问题在于：1.切换频繁，导致涡流损耗加大，影响可调阻尼器阻尼调节阀的寿命及性能；2.切换控制有明显的时滞问题。后者存在的主要问题在于使用手动切换，控制精确度低，且恶劣天气下很容易对道路状况产生误判。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种可实现整车四个悬架模式的自动切换，基于模型预判的电磁混合悬架模式切换方法，实现本专利技术的技术方案如下：由于车辆四个悬架组成部件相同，模式切换方法类似，因此本文着重对左侧悬架模式切换方法进行说明。基于模型预判的电磁混合悬架模式切换方法，主要分为四个步骤：步骤1，ECU结合各传感器测得的数据构建出前轮预瞄距离L1段以及后轮预瞄距离L2段的路面谱；步骤2，建立四分之一悬架模型；步骤3，将路面谱输入进悬架模型中，计算出车身加速度ai的均方根值arms以及悬架动行程si的峰值smax；步骤4，通过将计算得到的均方根值arms、峰值smax与阈值arms0、smax0进行对比，从而确定各悬架下一周期内的模式并控制四个悬架系统中的可调阻尼与直线电机调至相应模式。步骤1所述的构建前轮预瞄距离L1段以及后轮预瞄距离L2段的路面谱具体步骤为：以构建左侧路面谱为例，ECU通过左前激光测距仪、右前激光测距仪与左前车身高度传感器、右前车身高度传感器、左后车身高度传感器、右后车身高度传感器输入的实时测量数据，分别计算出左前激光测距仪由车身俯仰造成的实时移动距离ΔHL1i′以及由车身侧倾造成的实时移动距离ΔHL1i”，再结合激光测距仪初始测量值HL10以及实时测量值HL1i计算出左侧实时路表面对于理想平面的偏离距离yLi；从而通过测量时间与所计算出的每一时刻路表面对于理想平面的偏离距离yLi构建出路面谱。左前激光测距仪由车身俯仰造成的实时移动距离ΔHL1i′的计算方法为：在车辆启动时，左前悬架系统中的左前车身高度传感器测出可调阻尼器两端的初始直线距离HL20；左后悬架系统中的左后车身高度传感器测出可调阻尼器两端的初始直线距离HL30；在车辆运动过程中，左前悬架系统中的左前车身高度传感器测出可调阻尼器两端的实时直线距离HL2i；左后悬架系统中的左后车身高度传感器测出可调阻尼器两端的实时直线距离HL3i。ECU通过计算以上所述传感器输入的数据，计算出左前激光测距仪由车身俯仰造成的实时移动距离ΔHL1i′，其中L1为前轮预瞄距离，L2为后轮预瞄距离。激光测距仪由车身侧倾造成的实时移动距离ΔHL1i”的计算方法为：在车辆启动时，左前悬架系统中的左前车身高度传感器测出可调阻尼器两端的初始直线距离HL20；右前悬架系统中的右前车身高度传感器测出可调阻尼器两端的初始直线距离HR20；在车辆运动过程中，左前悬架系统中的左前车身高度传感器测出可调阻尼器两端的实时直线距离HL2i；右前悬架系统中的右前车身高度传感器测出可调阻尼器两端的实时直线距离HR2i。ECU通过计算以上所述传感器输入的数据，计算出左前激光测距仪由车身侧倾造成的实时移动距离ΔHL1i”，其中L3为左前车身高度传感器与右前车身高度传感器间距，L4为左前激光测距仪与左前车身高度传感器横向间隔距离。左侧实时路表面对于理想平面的偏离距离yLi计算方法为：在行驶过程中左前激光测距仪测得其安装位置至下方路表面的垂直距离HL1i，将其减去由于车身俯仰造成的激光测距仪垂直位置的改变量ΔHL1i′以及由于车身侧倾造成的激光测距仪垂直位置的改变量HL1i”后再减去激光测距仪测得的初始距离HL10，最后得到实时路表面对于理想平面的偏离距离yLi＝HL1i-ΔHL1i’-ΔHL1i”-HL10。整理可得：通过测量时间与每一时刻路表面的偏离距离yLi构建路面谱的具体步骤为：以第n周期内扫描前轮预瞄距离L1路面的时间T1为横坐标，以前轮预瞄距离L1段内实时路表面对于理想平面的偏离距离yLi作为纵坐标，建立输入前轮的路面谱；以第n周期内扫描后轮预瞄距离L2路面的时间T2为横坐标，以后轮预瞄距离L2段内实时路表面对于理想平面的偏离距离yLi作为纵坐标，建立输入后轮的路面谱。步骤2中所述建立四分之一悬架模型建立的主要步骤为：首先，建立四分之一被动悬架模型动力学微分方程：其中ms为簧载质量，mu为非簧载质量，ks为螺旋弹簧刚度，cs为可调阻尼器阻尼系数，kt为轮胎等效刚度，zs为车身输出位移，zu为轮胎输出位移，yLi为路面输入位移即实时路表面对于理想平面的偏离距离。四分之一被动悬架模型的状态方程为：其中，为状态变量，U＝[yLi]为输入变量，可得四分之一被动悬架模型的输出方程为：Y＝CX+DU，其中，步骤3中所述车身加速度ai的均方根值arms以及悬架动行程si的峰值smax的具体计算步骤为：将路面谱输入进悬架模型中，通过悬架模型输出的车身加速度以及悬架动行程si＝zs-zu计算出前轮预瞄距离L1段内车身加速度ai的均方根值悬架动行程si的峰值smax＝max(|si|)，其中N1为前悬在L1段内所需样本个数。后轮预瞄距离L2段内车身加速度ai的均方根值悬架动行程si的峰值smax＝max(|si|)，其中N2为后悬在L2段内所需样本个数。步骤4中所述阈值arms0、smax0的确定方法为：为了保证各传感器在任意采样间隔内车辆驶过的距离相同，要求均方根值arms的阈值arms0的取值范围在0.2～0.3g之内、峰值smax的阈值smax0的取值范围为悬架最大行程的0.7～0.8之内。步骤4中确定各悬架下一周期内的模式的具体方法为：各悬架的模式分为四种：综合模式、安全模式、舒适模式、馈能模式。当悬架模型输出的车身加速度ai的均方根值arms以及悬架动行程si的峰值smax满足相应条件时悬架下一周期的模式切换至相应模式，具体规则如下：当arms≥arms0、smax≥smax0时悬架下一周期切换至综合模式；当arms≥arms0、smax≤smax0时悬架下一周期切换至舒适模式；当arms≤arms0、smax≥smax0时悬架下一周期切换至安全模式；当arms≤arms0、smax≤smax0时悬架下一周期切换至馈能模式。本技术具有如下优点：(1)该切换控制方法可实现整车四个悬架模式的自动切换，并避免了手动切换控制精确度低、容易对道路状况产生误判以及使用不便等缺点。(2)该切换控制方法采用对前方路面进行预瞄的方法可提前对下一周期悬架模式进行预判，从而避免了现有切换控制方法出现的明显时滞问题。(3)该切换控制方法采用对本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于模型预判的电磁混合悬架模式切换方法，其特征在于：步骤1，ECU(7)结合各传感器测得的数据构建出前轮预瞄距离L1段以及后轮预瞄距离L2段的路面谱；步骤2，建立四分之一悬架模型；步骤3，将路面谱输入进悬架模型中，计算出车身加速度ai的均方根值arms以及悬架动行程si的峰值smax；步骤4，通过将计算得到的均方根值arms、峰值smax与阈值arms0、smax0进行对比，从而确定各悬架下一周期内的模式并控制左前悬架系统(8)、右前悬架系统(9)、左后悬架系统(10)右后悬架系统(11)中的可调阻尼(13)与直线电机(14)调至相应模式。

【技术特征摘要】
1.基于模型预判的电磁混合悬架模式切换方法，其特征在于：步骤1，ECU(7)结合各传感器测得的数据构建出前轮预瞄距离L1段以及后轮预瞄距离L2段的路面谱；步骤2，建立四分之一悬架模型；步骤3，将路面谱输入进悬架模型中，计算出车身加速度ai的均方根值arms以及悬架动行程si的峰值smax；步骤4，通过将计算得到的均方根值arms、峰值smax与阈值arms0、smax0进行对比，从而确定各悬架下一周期内的模式并控制左前悬架系统(8)、右前悬架系统(9)、左后悬架系统(10)右后悬架系统(11)中的可调阻尼(13)与直线电机(14)调至相应模式。2.根据权利要求1所述的基于模型预判的电磁混合悬架模式切换方法，其特征在于，所述构建前轮预瞄距离L1段以及后轮预瞄距离L2段的路面谱具体步骤为：如果构建左侧路面谱，ECU(7)通过左前激光测距仪(1)、右前激光测距仪(2)与左前车身高度传感器(3)、右前车身高度传感器(4)、左后车身高度传感器(5)、右后车身高度传感器(6)输入的实时测量数据，分别计算出左前激光测距仪(1)由车身俯仰造成的实时移动距离ΔHL1i′以及由车身侧倾造成的实时移动距离ΔHL1i”，再结合左前激光测距仪(1)初始测量值HL10以及实时测量值HL1i计算出左侧实时路表面对于理想平面的偏离距离yLi；从而通过测量时间与所计算出的每一时刻路表面对于理想平面的偏离距离yLi构建出路面谱。3.根据权利要求2所述的基于模型预判的电磁混合悬架模式切换方法，其特征在于，所述左前激光测距仪(1)由车身俯仰造成的实时移动距离ΔHL1i′的计算方法为：在车辆启动时，左前悬架系统(8)中的左前车身高度传感器(3)测出可调阻尼器(13)两端的初始直线距离HL20；左后悬架系统(10)中的左后车身高度传感器(5)测出可调阻尼器(13)两端的初始直线距离HL30；在车辆运动过程中，左前悬架系统(8)中的左前车身高度传感器(3)测出可调阻尼器(13)两端的实时直线距离HL2i；左后悬架系统(10)中的左后车身高度传感器(5)测出可调阻尼器(13)两端的实时直线距离HL3i；ECU(7)通过计算以上所述传感器输入的数据，计算出左前激光测距仪(1)由车身俯仰造成的实时移动距离其中L1为前轮预瞄距离，L2为后轮预瞄距离。4.根据权利要求2所述的基于模型预判的电磁混合悬架模式切换方法，其特征在于，所述左前激光测距仪(1)由车身侧倾造成的实时移动距离ΔHL1i”的计算方法为：在车辆启动时，左前悬架系统(8)中的左前车身高度传感器(3)测出可调阻尼器(13)两端的初始直线距离HL20；右前悬架系统(9)中的右前车身高度传感器(4)测出可调阻尼器(13)两端的初始直线距离HR20；在车辆运动过程中，左前悬架系统(8)中的左前车身高度传感器(3)测出可调阻尼器(13)两端的实时直线距离HL2i；右前悬架系统(9)中的右前车身高度传感器(4)测出可调阻尼器(13)两端的实时直线距离HR2i；ECU(7)通过计算以上所述传感器输入的数据，计算出左前激光测距仪(1)由车身侧倾造成的实时移动距离ΔHL1i”，其中L3为左前车身高度传感器(3)与右前车身高度传感器(4)间距，L4为左前激光测距仪(1)与左前车身高度传感器(3)横向间隔距离。5.根据权利要求2所述的基于模型预判的电磁混合悬架模式切换方法，其特征在于，左侧实时路表面对于理想平面的偏离距离yLi计算方法为：在行驶过程中左前激光测距仪(1)测得其安装位置至下方路表面的垂直距离HL1i，将其减去由于车身俯仰造成的左前激光测距仪(1)垂直位置的改变量ΔHL1i′以及由于车身侧倾造成的左前激光测距仪(1)垂直位置的改变量HL1i”后再减去左前激光测距仪(1)测得...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪若尘，季云华，丁仁凯，孟祥鹏，陈龙，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32