一种两轮车辆磁流变悬架多工况自适应控制方法及系统与流程

本发明涉及两轮车辆磁流变悬架智能控制，具体为一种两轮车辆磁流变悬架多工况自适应控制方法及系统。

背景技术：

1、两轮车辆作为道路交通体系中的重要代步及运载工具，应用场景广泛，实际行驶过程中会持续面临平顺路面、连续颠簸、瞬时路面冲击、制动、急加速、弯道行驶等多种复杂动态工况。悬架系统是两轮车辆的核心减振与承载部件，其工作性能直接决定车辆行驶平顺性、车身姿态稳定性及行车安全性。磁流变阻尼器凭借阻尼连续可调、动态响应速度快、工作可靠性高、能耗低等技术优势，成为半主动智能悬架的核心执行元件，基于磁流变阻尼器的智能悬架也逐步成为两轮车辆悬架技术的主要发展方向。

2、目前市面主流两轮车辆仍搭载传统被动悬架，其阻尼参数固定不可调，仅能适配单一标准工况，无法根据路面激励强度、车辆行驶状态进行动态自适应调节，在复杂路况下减振与姿态控制能力存在明显局限。而现有的两轮车辆磁流变悬架控制技术仍存在诸多技术短板：其一，现有控制方案普遍未开展多工况精细化辨识，多采用单一控制策略与固定控制参数，无法匹配平顺行驶、路面冲击、制动点头、加速抬头、弯道侧倾等不同工况的动力学响应特征，难以对车身振动、姿态偏移进行针对性抑制；其二，现有控制方式多采用前后悬架独立控制模式，未结合两轮车辆前后轮依次通过路面激励的结构与行驶特性设计时序协同控制逻辑，当前轮承受路面冲击时，后轮无法提前完成阻尼适配，冲击抑制效果大打折扣；其三，现有控制算法控制目标较为单一，未实现舒适性、行驶稳定性、姿态控制的多目标耦合调控，无法兼顾多维性能需求。

3、上述问题导致现有磁流变悬架控制系统工况适配性差、综合控制效果有限，悬架对复杂路面与多变行驶状态的适应能力不足，难以满足两轮车辆在全工况下的高性能使用需求。

4、因此，急需一种能够实现多工况精准识别、控制参数自适应调节、前后悬架协同调控的两轮车辆磁流变悬架控制方法及系统，以适配复杂行驶场景，同步提升车辆姿态稳定性、路面适应性与乘坐舒适性。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的上述问题，提供一种两轮车辆磁流变悬架多工况自适应控制方法及系统，解决了传统悬架工况适配性差、阻尼控制策略单一的问题，提升了两轮车辆在复杂路况下的车身姿态稳定性、悬架环境适应性与乘坐舒适性。

2、为实现上述目的，本发明提出一种两轮车辆磁流变悬架多工况自适应控制方法，包括以下步骤：

3、s1、信息获取：采集两轮车辆行驶过程中的车辆状态信息、车身姿态信息、悬架运动信息以及路面激励信息；

4、s2、状态计算：将采集的全部信息输入两轮车辆悬架动力学模型或状态估计模型，计算得到两轮车辆的动态响应状态；

5、s3、行驶工况划分：基于多源信息融合理论，结合得到的动态响应状态，对两轮车辆的行驶工况进行划分；

6、s4、参数自适应：根据划分得到的行驶工况，选取对应的控制算法以及控制器参数组合；

7、s5、执行级控制：结合得到的控制器参数组合、车身姿态信息、悬架运动信息及路面激励信息，计算前后磁流变阻尼器的目标执行控制力；

8、s6、前后悬架协同控制：根据车辆行驶速度与前后轮轴距计算后轮冲击预测时间，依据预测时间窗口对后悬架阻尼状态进行提前调节；

9、s7、控制电流计算：采用磁流变阻尼器逆模型，将得到的目标执行控制力转换为控制电流，将控制电流输入电流驱动器，驱动前后磁流变阻尼器运行。

10、优选的，所述s1中，车辆状态信息包括车辆行驶速度、前轮轮速、后轮轮速、加速状态、制动状态中的一种或多种；车身姿态信息包括车身俯仰角、侧倾角、横摆角、俯仰角速度、侧倾角速度、车身z轴垂向加速度；悬架运动信息包括前悬架相对位移或角度、后悬架相对位移或角度、前悬架相对运动速度、后悬架相对运动速度；路面激励信息包括前轮簧下垂向加速度、后轮簧下垂向加速度、前后悬架压缩方向、回弹方向、路面冲击强度。

11、优选的，所述s2中，输入两轮车辆悬架动力学模型或状态估计模型的输入变量为：

12、；

13、其中，为车辆行驶速度，为前轮轮速，为后轮轮速，为车身俯仰角，为车身侧倾角，为簧上车身z轴垂向加速度，为前悬架相对位移或角度，为后悬架相对位移或角度，为前悬架相对运动速度，为后悬架相对运动速度，为前轮簧下垂向加速度，为后轮簧下垂向加速度；

14、通过所述输入变量计算得到车身垂向运动状态、车身姿态变化状态、前后悬架压缩/回弹状态以及路面冲击响应状态。

15、优选的，所述s3中，划分的行驶工况包括平顺路面工况、轻微颠簸工况、连续颠簸工况、单次冲击工况、减速带工况、制动点头工况、加速抬头工况、弯道侧倾工况；

16、工况判定规则为：当簧上z轴垂向加速度超过预设阈值且悬架相对运动速度发生突变时，判定为路面冲击工况；当车辆速度稳定且前后悬架位移变化幅值小于预设值时，判定为平顺路面工况；当车身俯仰角或俯仰角速度超过预设阈值且车辆处于制动状态时，判定为制动点头工况；当车身俯仰角或俯仰角速度超过预设阈值且车辆处于加速状态时，判定为加速抬头工况；当前轮悬架产生冲击响应，结合车速与前后轮轴距得到后轮冲击预测时间窗口，后轮在预测时间窗口内产生对应冲击响应时，判定为有效路面冲击工况。

17、优选的，所述s4中，控制器参数组合包括车身垂向振动抑制权重、俯仰姿态抑制权重、侧倾姿态抑制权重、前悬架阻尼调节系数、后悬架阻尼调节系数、车速修正系数、路面冲击修正系数、电流上限、电流下限、控制死区阈值；

18、针对不同行驶工况执行对应参数调节策略：平顺路面工况下提升舒适性控制权重并降低磁流变阻尼器基础阻尼；单次冲击工况、减速带工况下提升冲击抑制权重，并结合前轮冲击响应确定后轮阻尼调节时刻；连续颠簸工况下限制阻尼调节幅度；制动点头工况下增大前悬架压缩阻尼与后悬架回弹阻尼；加速抬头工况下增大后悬架压缩阻尼与前悬架回弹阻尼；弯道侧倾工况下依据车身侧倾角、侧倾角速度分配前后悬架阻尼。

19、优选的，所述s5中，单个磁流变阻尼器的目标执行控制力计算公式为：

20、；

21、式中，f为目标执行控制力，为舒适性控制力，为稳定性控制力，为姿态控制力，为舒适性控制权值，为稳定性控制权值，为姿态控制权值；

22、所述舒适性控制力依据簧上车身z轴垂向加速度、车身垂向运动方向计算；所述稳定性控制力依据前后悬架相对位移、相对运动速度、簧下垂向加速度计算；所述姿态控制力依据车身俯仰角、侧倾角、俯仰角速度、侧倾角速度计算。

23、一种两轮车辆磁流变悬架多工况自适应控制系统，采用任一项所述的一种两轮车辆磁流变悬架多工况自适应控制方法，包括信号采集单元、信号预处理模块、悬架状态估计模块、车身姿态判断模块、多工况识别模块、参数自适应模块、执行级控制器、前后悬架协同模块、电流计算模块、电流驱动器、前磁流变阻尼器、后磁流变阻尼器以及悬架控制器；

24、所述信号采集单元连接信号预处理模块，信号预处理模块分别连接悬架状态估计模块、车身姿态判断模块；悬架状态估计模块、车身姿态判断模块均连接多工况识别模块；多工况识别模块连接参数自适应模块；参数自适应模块、前后悬架协同模块均接入执行级控制器；执行级控制器依次连接电流计算模块、电流驱动器；电流驱动器分别与前磁流变阻尼器、后磁流变阻尼器电连接；所述悬架控制器与各功能模块通信连接。

25、优选的，所述信号采集单元包括簧上imu、簧下加速度传感器、悬架位移传感器、轮速车速采集单元、驾驶输入采集单元；所述簧上imu用于采集车身姿态角、姿态角速度、车身z轴垂向加速度；所述簧下加速度传感器用于采集前后轮簧下垂向加速度；所述悬架位移传感器用于采集前后悬架相对位移或角度；所述轮速车速采集单元用于采集车辆行驶速度、前后轮轮速；所述驾驶输入采集单元用于采集车辆加速状态、制动状态；

26、所述信号预处理模块用于对接收的原始采集数据进行降噪、滤波及格式转换处理，并将处理后的数据分别传输至悬架状态估计模块与车身姿态判断模块；所述悬架状态估计模块、车身姿态判断模块分别完成悬架运行状态、车身姿态状态的解算，并将解算结果同步发送至多工况识别模块；

27、所述多工况识别模块用于接收悬架状态估计模块、车身姿态判断模块输出的数据，基于多源信息融合理论划分行驶工况；所述参数自适应模块存储有不同行驶工况对应的控制算法及控制器参数组合，并根据多工况识别模块输出的工况类型，匹配对应的控制算法与控制器参数组合并输出至执行级控制器。

28、优选的，所述前后悬架协同模块实时接收车辆行驶速度信号，监测前轮悬架的冲击响应信号；当检测到前轮出现路面冲击时，触发协同调节逻辑并向执行级控制器输出协同控制指令；若预设时间窗口内未检测到后轮对应冲击响应，则终止协同调节逻辑并向执行级控制器发送复位指令；

29、所述电流计算模块接收执行级控制器输出的目标执行控制力信号，调用内置模型完成信号转换并输出控制电流信号；所述电流驱动器接收控制电流信号并进行功率放大，驱动前磁流变阻尼器、后磁流变阻尼器实时改变阻尼力；所述悬架控制器负责统筹各模块运行时序、数据交互及故障监测。

30、优选的，所述执行级控制器采用计算公式计算前后磁流变阻尼器的目标执行控制力；所述前后悬架协同模块按照公式计算后轮冲击预测时间；其中，t为后轮冲击预测时间，l为车辆前后轮轴距，为车辆行驶速度；

31、所述电流计算模块内置磁流变阻尼器逆模型，所述电流计算模块通过所述逆模型将目标执行控制力转换为控制电流；其中，i为控制电流，f为目标执行控制力，为悬架相对运动速度。

32、因此，本发明提出了一种两轮车辆磁流变悬架多工况自适应控制方法及系统，其有益效果如下：

33、（1）能够精准识别平顺路面、颠簸冲击、加减速、弯道侧倾等各类行驶工况，并自适应匹配控制策略与参数，能够针对性抑制车身振动与姿态偏移，有效提升悬架全工况适配能力；

34、（2）设置前后悬架协同控制逻辑，结合车速与轴距预判冲击时间并提前调节后悬架阻尼，解决前后轮路面激励不同步问题，强化冲击抑制效果；

35、（3）采用多目标耦合控制力计算模型，配合阻尼器逆模型精准输出控制电流，实现阻尼连续可调，同步优化车辆乘坐舒适性、车身姿态稳定性与行驶安全性。

36、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。