[发明专利]一种半主动空气悬架动控制系统的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于车辆空气悬架系统领域，具体涉及一种半主动空气悬架动控制系统的设计方法，应用于变容积附加气室空气弹簧系统动刚度调节的控制。 

背景技术

车辆空气悬架系统中，带附加气室空气弹簧是在普通空气弹簧基础上增加一个附加气室,通过一管路将两气室相连，可减小空气弹簧刚度，增加悬架阻尼，进一步提高悬架的减震效果。若附加气室体积可变，或在连接管路中增设一个内径可以改变的节流孔，能实现空气悬架刚度和阻尼的半主动控制，进一步提高空气悬架性能。 

对于附加气室容积可变的空气弹簧悬架，影响其动刚度的因素有空气弹簧型号、簧载总质量（可等价为平衡位置空气弹簧内压）、附加气室体积、连接管路节流孔内径、路面激励频率、路面激励振幅等。其中，空气弹簧型号、簧载质量在车辆行驶过程中一般不会改变。行车过程中随时改变的参数主要有4个因素：附加气室体积、连接管路节流孔内径、路面激励频率、振幅。其中，路面的激励频率、振幅由车速及路面因素决定，不可由车辆自身调节；而附加气室体积、连接管路节流孔内径可通过悬架半主动控制系统调节。空气弹簧动刚度与附加气室体积、节流孔内径呈反相关性，与路面激励频率、振幅呈正相关性。 

空气弹簧悬架刚度的调节有分级调节和无级调节两种方式。分级调节方式，即在车辆行驶过程中，空气悬架的刚度只能是离散的几个乃至十几个数值。而无级调节，可根据需要，控制空气悬架的附加气室和节流管孔径，使刚度达到任意数值。 

由于空气弹簧动刚度涉及4个因素，所以传统空气弹簧动刚度的计算，要考虑四个变量。即使认为激振频率和振幅已由车速及路面状况决定，为确定的数值，计算最佳动刚度仅需考虑附加气室体积和节流孔内径，仍要考虑两个变量。而这样的计算方法，需求计算量较高。例如，为实现无级调节，将可调节的节流孔内径的取值范围分为10⁶个步长， 将附加气室体积的大小同样分为10⁶个步长（由于步长很短，已可认为达到无级调节的要求），则以采用二分法为例，控制系统为计算出最佳动刚度，共计需要进行20×20=400次的迭代。这样的计算方法，虽可以精确地获得空气弹簧动刚度的数值，但实际行车工况要求汽车调节非常迅速，而这种算法由于计算量较大，计算消耗时间较长，没有足够的迅速性和灵敏性，难以满足乘车过程中即时调节的需要。 

较常见的分级调节的方式是把附加气室体积分为很有限的几个“档位”。例如，可分成0L、10L、20L、30L、……70L八个档位，阀门开关开闭的不同组合对应八个不同的空气弹簧体积，即“档位”。对节流孔通流面积的调节也采用相同相似的处理方法，同样分成八个档位。这样在确定的车速和路面状况下，采用二分法进行迭代，计算机需要进行的迭代次数为3×3=9次，与无级调节方法相比，这种方法所消耗的计算时间很短，能使执行机构较快的做出反应，因此得到了推广。 

为使得刚度无级调节的悬架能投入实际应用，关键在于改进控制系统，提高其反应速度。在行车过程中实施即时控制，需要控制系统反应迅速、灵敏、准确。而传统4个因素的动刚度计算，由于计算量庞大，难以满足迅速灵敏的要求。 

通过常用的试验设备的试验可得知：当节流孔内径足够大时，随着附加气室的增大，空气弹簧动刚度减小；但当节流孔内径较小时，附加气室体积增大到一定程度，空气弹簧动刚度将不再增加。当节流孔内径增大到一定程度后，继续增大则减小刚度的作用将非常微弱。在确定的连接管路管径、长度，确定的激振频率、振幅输入的条件下，能有效利用的附加气室体积往往是有限的。超过这限制，继续增大附加气室体积，对空气弹簧刚度的减小的作用就会非常微弱。 

发明内容

本发明提供一种半主动空气悬架动控制系统的设计方法，计算量小，时间短，所设计的控制系统反应迅速、灵敏、准确。