具有加和模式的車輛磁流變懸架系統控制裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有加和模式的車輛磁流變懸架系統控制裝置及方法，包括信號處理單元、懸架系統控制器、阻尼力控制模塊，以及多個磁流變阻尼器；本發明具有下述優點：1）實時運行車身姿態控制和振動控制兩種控制算法，并將兩種控制算法的結果進行了綜合考慮，具有更好的綜合性能；2）側重于車輛的操縱穩定性，使車輛的駕駛更加的安全。
【專利說明】
具有加和模式的車輛磁流變懸架系統控制裝置及方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種車輛懸架系統，更具體的說，它涉及一種具有加和模式的車輛磁 流變懸架系統控制裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 懸架系統是汽車的一個重要子系統，它與汽車的操縱性緊密相關，并且承擔者隔 離來自路面不平激勵所引起的車輛振動的重要作用。汽車的半主動懸架系統一般是由彈簧 和可控阻尼減振器組成，可控阻尼減振器可以根據車輛運行條件對阻尼系數進行實時調 節，實現與彈性元件的最優匹配，以改善車輛乘坐的舒適性和操縱穩定性。
[0003] 磁流變減振器在車輛的懸架系統中引起了廣泛的關注，并得到了成功的應用。該 減振器以智能材料一磁流變液為基礎，通過施加磁場改變減振器內磁流變液的屈服應力和 粘度，從而獲得阻尼的連續無級調節，具有響應速度快、工作溫度范圍寬、能耗低、動態范圍 廣的優點。同相似性能的全主動懸架相比，具有性價比高和能耗低的優點。
[0004] -個完整的懸架系統控制包括車身姿態控制和車體振動控制兩個方面：其中車 身姿態懸架控制與車輛的操縱穩定性和安全性緊密相關，而車體振動懸架控制與車輛的乘 坐舒適性緊密相關。國內外現有的對磁流變懸架系統的控制主要集成在車輛的振動控制， 包括天棚阻尼控制、PID控制、最優控制、自適應控制、神經網絡控制、模糊控制等。其中，天 棚阻尼控制由于簡單易于實施，因而在汽車半主動懸架的實施中得到了廣泛應用;對于車 身姿態懸架系統的控制，例如車輛剎車或者急加速導致的車身俯仰現象、車輛轉彎時導致 的側傾現象等，主要是通過"事件"進行驅動控制，比如在轉彎過程中進行車身一側減振器 的強化，減少車體的側傾。
[0005] 但是，現有的磁流變懸架系統的控制方法要么僅僅考慮車身的振動控制，如天棚 阻尼控制方法，要么在對車身姿態控制的過程中，沒有考慮車體的振動控制，即：在運行車 身姿態控制（如急轉彎時）的算法時，沒有考慮振動控制（如天棚阻尼控制）的信號。這就導 致了懸架控制系統的綜合性能較差，沒有很好的兼顧車輛的乘坐舒適性和操縱穩定性。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種具有加和模式的車輛磁流 變懸架系統控制裝置及方法，對車身姿態和車體振動同時進行實時控制，并將兩種的控制 輸出信號進行相加求和，將疊加信號限壓后輸出作為磁流變減振器的控制信號。因此本發 明可以在對車身姿態進行控制的同時，同時考慮了車體的振動控制，更好的兼顧車輛的乘 坐舒適性和操縱穩定性。另外，加和模式可以使車輛的駕駛更加的安全。
[0007] 為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案:一種具有加和模式的車輛磁流變 懸架系統控制裝置及方法，其特征在于:包括信號處理單元、懸架系統控制器、阻尼力控制 模塊，以及多個磁流變阻尼器;所述信號處理單元，接收來自于多種車輛傳感器、車輛總線、 駕駛員手動輸入的原始信息，進行處理后，輸出到懸架系統控制器;所述懸架系統控制器， 運行具有加和模式的車輛磁流變懸架系統控制算法，輸出多個磁流變阻尼器的控制電壓到 阻尼力控制模塊;所述阻尼力控制模塊，將所接收的控制電壓轉換為磁流變阻尼器的驅動 電流;所述磁流變阻尼器，通過改變驅動電流，從而改變輸出的阻尼力，作用于車體上。
[0008] 優選為，懸架系統控制器包含車身姿態控制器、車身振動控制器、求和模塊和限壓 模塊:所述車身姿態控制器，輸出對應于多個磁流變阻尼器的車身姿態控制電壓;所述車身 振動控制器，輸出對應于多個磁流變阻尼器的車身振動控制電壓;所述求和模塊，獲得所述 兩種控制電壓之和;所述限壓模塊，將所述兩種控制電壓之和限制在最大允許輸出電壓之 內。
[0009] 優選為，車身姿態控制器包含轉向控制器、剎車控制器、加速控制器、以及求和模 塊:所述轉向控制器運行控制算法，獲得多個磁流變阻尼器的轉向控制電壓;所述剎車控制 器運行控制算法，獲得多個磁流變阻尼器的剎車控制電壓;所述加速控制器運行控制算法， 獲得多個磁流變阻尼器的加速控制電壓;所述求和模塊，獲得所述三種控制電壓之和。
[0010] -種具有加和模式的車輛磁流變懸架系統控制裝置的控制方法，包括傳感器，所 述控制方法包括以下步驟： 第一步:讀取來自于車輛總線或車身加速度、車身轉角、油門開度、車速、制動壓力、減 振器相對高度等傳感器的信息； 第二步:對所獲得的傳感信息進行處理計算，同時運行車身振動控制算法、車輛轉向控 制算法、車輛剎車控制算法、車輛加速控制算法： 車身振動控制算法用于改進乘坐的舒適度，可以采用天棚阻尼控制、混合阻尼控制等， 輸出用于振動控制的磁流變控制電壓； 車輛轉向控制算法用于減小車輛傾斜，通過獲得車輛轉向的程度，輸出用于轉向控制 的磁流變控制電壓。或者通過獲得車輛轉向所引起的車身傾斜信息，進行反饋控制，輸出用 于轉向控制的磁流變控制電壓； 車輛剎車控制算法用于減小車輛前傾，通過獲得車輛剎車的程度，輸出用于剎車控制 的磁流變控制電壓。或者通過獲得車輛剎車所引起的車身前傾角度，進行反饋控制，輸出用 于剎車控制的磁流變控制電壓； 車輛加速控制算法用于減小車輛后仰，通過獲得車輛加速的程度，輸出用于加速控制 的磁流變控制電壓。或者通過獲得車輛急加速所引起的車身后仰角度，進行反饋控制，輸出 用于加速控制的磁流變控制電壓； 第三步:對上述四種磁流變控制電壓進行求和運算； 第四步:將求和所得的總控制電壓限制在最大允許輸出電壓之內，之后進行輸出； 第五步:將輸出的磁流變控制電壓轉化為相應的驅動電流，從而改變磁流變阻尼器的 輸出阻力。
[0011] 本發明具有下述優點：1)實時運行車身姿態控制和振動控制兩種控制算法，并將 兩種控制算法的結果進行了綜合考慮，具有更好的綜合性能;2)側重于車輛的操縱穩定性， 使車輛的駕駛更加的安全。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發明的模塊示意圖。
[0013]圖2是本發明懸架系統控制器的模塊示意圖。
[0014]圖3是本發明車身姿態控制器的模塊示意圖。
[0015] 圖4是本發明剎車控制電壓與制動壓力信號之間關系的曲線圖。
【具體實施方式】
[0016] 參看圖1所示，本發明實施例提供的一種具有加和模式的車輛磁流變懸架系統控 制裝置包括傳感器、信號處理單元、懸架系統控制器、阻尼力控制模塊、磁流變阻尼器和懸 架彈簧。其中傳感器包括多種車身傳感器:減振器相對位移、車身加速度、車輛轉角、車身傾 角、油門開度、車速、制動壓力傳感器等，用來在線實時獲取車身及減振器的運動狀態。這些 傳感器通過直接連接的方式，或者車輛總線，如CAN總線的方式與信號處理單元連接。信號 處理單元還可接收來自駕駛員的手動輸入指令，例如駕駛模式的設置："運動模式"、"巡航 模式"等。信號處理單元可以對所接收的原始傳感信息進行處理，包括濾波去除輸入噪音、 信號偏置達到控制器的輸入電壓范圍、A/D轉換輸入到數字控制器、積分處理等。
[0017]懸架系統控制器接收來自信號處理單元的傳感信息，運行具有加和模式的車輛磁 流變懸架系統控制算法，輸出車輛多個磁流變阻尼器的控制電壓到阻尼力控制模塊。阻尼 力控制模塊是磁流變阻尼器的驅動接口模塊，將控制器輸出的控制電壓轉換為所對應的磁 流變阻尼器的驅動電流。阻尼力控制模塊通常包括MOS管電路、過流保護電路、電流反饋控 制電路等。不同的車型可能會有不同的磁流變阻尼器24布置，圖1中的四個磁流變阻尼器布 置在車身四角。磁流變阻尼器可能是單出桿式、雙出桿式、多功能磁流變阻尼器、或者具有 外置蓄能器。磁流變阻尼器通過接收驅動電流，改變內部磁流變液的粘度，從而改變輸出的 阻尼力。所輸出的阻尼力將與懸架彈簧的彈力共同作用于車體上，影響車輛乘坐的舒適性 和穩定性。
[0018] 圖2為本發明實施例的懸架系統控制器。懸架系統控制器包括車身姿態控制器、車 身振動控制器、限壓模塊、加和模塊。其中車身姿態控制器包括三種姿態的子控制器，將在 后文中詳細介紹。車身振動控制器將接收來自信號處理單元的多種傳感信息，根據不同的 振動控制算法，可能使用不同的傳感器。車身振動控制算法可是天棚阻尼控制、混合阻尼控 制、PID控制、最優控制、自適應控制、神經網絡控制、模糊控制等。以天棚阻尼控制算法為 例：車身振動控制器將接收阻尼器兩端相對位移傳感器，并對位移進行求導，獲得相對速 度;將接收車體垂直加速度傳感器，并進行積分運算，獲得車體的絕對速度。通過對絕對速 度和相對速度進行比較計算，實時輸出四個磁流變阻尼器的輸出電壓。而車身姿態控制器 將實時對車輛的轉向、剎車、及加速進行車身的姿態控制，輸出四個磁流變阻尼器的車身姿 態控制電壓。通過運行控制算法，獲得兩種控制電壓后，將阻尼器的姿態控制電壓和振動控 制電壓進行求和運算，以兩者的和作為阻尼器的實時控制電壓。因此本發明同時考慮了車 身的姿態控制和振動控制，具有更好的綜合性能。求和運算在求和模塊進行，物理實現方式 可以是MCU數字控制器計算或者模擬運算電路。
[0019] 另外，磁流變減振器的控制信號越小，懸架系統越軟，車輛的乘坐舒適性越好。磁 流變減振器的控制信號越大，懸架系統越硬，車輛的操縱穩定性越好。以和作為總的控制信 號，懸架系統較硬，因此車輛的操縱穩定性更好，駕駛更加的安全。而在車輛穩定行駛時，姿 態控制電壓很小，不會影響車輛的乘坐舒適性。
[0020] 總控制電壓仍需經過限壓模塊，因為磁流變阻尼器的控制電壓具有物理限制（磁 流變線圈的最大輸入電流等），即最大控制電壓。總控制電壓由于是和的方式，因此可能超 出最大控制電壓。限壓模塊將對求和后的總控制電壓進行限制，若超出最大電壓值，將輸出 所允許的最大控制電壓作為控制信號。懸架系統控制器的輸出為四個阻尼器的控制電壓信 號。
[0021] 圖3為本發明實施例的車身姿態控制器。車身姿態控制器包括轉向控制器、剎車控 制器、加速控制器和求和模塊。三種控制器分別控制車輛轉向導致的車身側傾現象、車輛剎 車導致的車身俯仰現象、車輛急加速導致的車身俯仰現象。三種控制器將接收各自所需的 經過處理后的傳感信息，實時運行各自的控制算法，輸出四個磁流變阻尼器的轉向控制電 壓、剎車控制電壓和加速控制電壓。之后，三種控制電壓在求和模塊中進行加和運算，三者 之和為車身姿態控制電壓。求和模塊的物理實現方式可以是MCU數字控制器計算或者模擬 運算電路。
[0022] 轉向控制器實時獲得車體轉向的程度，決定磁流變阻尼器的控制電壓。而一種獲 得車體轉向的程度的方法，就是通過以下公式計算：
其中，η為轉向程度，r為常數，V為車速，α為轉向角。通過傳感器獲得車速、轉向角等信 息，就可計算出車體轉向的程度。而磁流變的控制電壓將隨著車體轉向程度的增大而增大， 兩者之間的關系可通過公式計算或者在線查表的方式獲得。另一種獲得車體轉向的程度的 方法，可以通過測量由于轉向所引起的車體的橫向加速，從而輸出磁流變阻尼器的控制電 壓。
[0023] 剎車控制器實時獲得車輛剎車的程度，決定磁流變阻尼器的控制電壓。而一種獲 得車輛剎車的程度的方法，可以通過測量制動壓力傳感器。磁流變的控制電壓將隨著制動 壓力的增大而增大，兩者之間的關系可通過公式計算或者在線查表的方式獲得。制動壓力 與磁流變控制電壓的關系如圖4所示。另一種獲得車輛剎車的程度的方法，可以通過測量由 于剎車所引起的車體的前傾角度，從而輸出磁流變阻尼器的控制電壓。
[0024] 加速控制器實時獲得車輛加速的程度，決定磁流變阻尼器的控制電壓。而一種獲 得車輛加速的程度的方法，可以通過測量油門位置傳感器。磁流變的控制電壓將隨著油門 位置的增大而增大，兩者之間的關系可通過公式計算或者在線查表的方式獲得。另一種獲 得車輛加速的程度的方法，可以通過測量由于加速所引起的車體的后仰角度，從而輸出磁 流變阻尼器的控制電壓。
[0025] 圖4為本發明實施例的剎車控制電壓與獲得的制動壓力信號之間的關系。剎車控 制器獲得制動壓力信號后，通過計算可以得到磁流變阻尼器的剎車控制電壓:首先設置了 制動壓力信號的啟動閥值范圍，當車輛處于較輕制動的時候，制動信號小于設置閥值，輸出 的剎車控制電壓為〇;當車輛的剎車比較急的時候，制動信號大于設置閥值，輸出的剎車控 制電壓將隨著制動壓力信號的增大而增大。采用此種閥值輸出方式，可以避免輕微剎車時 磁流變控制電壓的抖動。
[0026]因此，結合圖2和圖3,總的磁流變阻尼器的控制電壓Ui等于振動控制電壓Uiv、 轉向控制電壓Uit、剎車控制電壓Uib和加速控制電壓Uia四者之和。
[0027] Ui=Uiv+Uit+Uib+Uia,i=l~4 參照圖1-4所述，本實施例還提供了一種具有加和模式的車輛磁流變懸架系統控制裝 置的控制方法，包括傳感器，所述控制方法包括以下步驟： 第一步:讀取來自于車輛總線或車身加速度、車身轉角、油門開度、車速、制動壓力、減 振器相對高度等傳感器的信息； 第二步:對所獲得的傳感信息進行處理計算，同時運行車身振動控制算法、車輛轉向控 制算法、車輛剎車控制算法、車輛加速控制算法： 車身振動控制算法用于改進乘坐的舒適度，可以采用天棚阻尼控制、混合阻尼控制等， 輸出用于振動控制的磁流變控制電壓； 車輛轉向控制算法用于減小車輛傾斜，通過獲得車輛轉向的程度，輸出用于轉向控制 的磁流變控制電壓。或者通過獲得車輛轉向所引起的車身傾斜信息，進行反饋控制，輸出用 于轉向控制的磁流變控制電壓； 車輛剎車控制算法用于減小車輛前傾，通過獲得車輛剎車的程度，輸出用于剎車控制 的磁流變控制電壓。或者通過獲得車輛剎車所引起的車身前傾角度，進行反饋控制，輸出用 于剎車控制的磁流變控制電壓； 車輛加速控制算法用于減小車輛后仰，通過獲得車輛加速的程度，輸出用于加速控制 的磁流變控制電壓。或者通過獲得車輛急加速所引起的車身后仰角度，進行反饋控制，輸出 用于加速控制的磁流變控制電壓； 第三步:對上述四種磁流變控制電壓進行求和運算； 第四步:將求和所得的總控制電壓限制在最大允許輸出電壓之內，之后進行輸出； 第五步:將輸出的磁流變控制電壓轉化為相應的驅動電流，從而改變磁流變阻尼器的 輸出阻力。
[0028] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施 例，凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域 的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也 應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種具有加和模式的車輛磁流變懸架系統控制裝置，其特征在于:包括信號處理單 元、懸架系統控制器、阻尼力控制模塊，以及多個磁流變阻尼器； 所述信號處理單元，接收來自于多種車輛傳感器、車輛總線、駕駛員手動輸入的原始信 息，進行處理后，輸出到懸架系統控制器； 所述懸架系統控制器，運行具有加和模式的車輛磁流變懸架系統控制算法，輸出多個 磁流變阻尼器的控制電壓到阻尼力控制模塊； 所述阻尼力控制模塊，將所接收的控制電壓轉換為磁流變阻尼器的驅動電流； 所述磁流變阻尼器，通過改變驅動電流，從而改變輸出的阻尼力，作用于車體上。2. 根據權利要求1所述的一種具有加和模式的車輛磁流變懸架系統控制裝置，其特征 在于，所述懸架系統控制器包含車身姿態控制器、車身振動控制器、求和模塊和限壓模塊： 所述車身姿態控制器，輸出對應于多個磁流變阻尼器的車身姿態控制電壓;所述車身 振動控制器，輸出對應于多個磁流變阻尼器的車身振動控制電壓;所述求和模塊，獲得所述 兩種控制電壓之和； 所述限壓模塊，將所述兩種控制電壓之和限制在最大允許輸出電壓之內。3. 根據權利要求2所述的一種具有加和模式的車輛磁流變懸架系統控制裝置，其特征 在于，所述車身姿態控制器包含轉向控制器、剎車控制器、加速控制器、以及求和模塊： 所述轉向控制器運行控制算法，獲得多個磁流變阻尼器的轉向控制電壓； 所述剎車控制器運行控制算法，獲得多個磁流變阻尼器的剎車控制電壓； 所述加速控制器運行控制算法，獲得多個磁流變阻尼器的加速控制電壓； 所述求和模塊，獲得所述三種控制電壓之和。4. 根據權利要求3所述的種具有加和模式的車輛磁流變懸架系統控制裝置的控制方 法，包括傳感器，其特征在于:所述控制方法包括以下步驟： 第一步:讀取來自于車輛總線或車身加速度、車身轉角、油門開度、車速、制動壓力、減 振器相對高度等傳感器的信息； 第二步:對所獲得的傳感信息進行處理計算，同時運行車身振動控制算法、車輛轉向控 制算法、車輛剎車控制算法、車輛加速控制算法： 車身振動控制算法用于改進乘坐的舒適度，可以采用天棚阻尼控制、混合阻尼控制等， 輸出用于振動控制的磁流變控制電壓； 車輛轉向控制算法用于減小車輛傾斜，通過獲得車輛轉向的程度，輸出用于轉向控制 的磁流變控制電壓； 或者通過獲得車輛轉向所引起的車身傾斜信息，進行反饋控制，輸出用于轉向控制的 磁流變控制電壓； 車輛剎車控制算法用于減小車輛前傾，通過獲得車輛剎車的程度，輸出用于剎車控制 的磁流變控制電壓； 或者通過獲得車輛剎車所引起的車身前傾角度，進行反饋控制，輸出用于剎車控制的 磁流變控制電壓； 車輛加速控制算法用于減小車輛后仰，通過獲得車輛加速的程度，輸出用于加速控制 的磁流變控制電壓； 或者通過獲得車輛急加速所引起的車身后仰角度，進行反饋控制，輸出用于加速控制 的磁流變控制電壓； 第三步:對上述四種磁流變控制電壓進行求和運算； 第四步:將求和所得的總控制電壓限制在最大允許輸出電壓之內，之后進行輸出； 第五步:將輸出的磁流變控制電壓轉化為相應的驅動電流，從而改變磁流變阻尼器的 輸出阻力。
【文檔編號】B60G17/018GK105922836SQ201610419691
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】陳超, 張笛
【申請人】陳超