一种车辆悬架高度与磁流变阻尼协同控制系统及方法

本发明涉及车辆悬架，具体为一种车辆悬架高度与磁流变阻尼协同控制系统及方法。

背景技术：

1、随着汽车智能化与底盘集成化的发展，车辆的车身高度调节与悬架阻尼调节日益受到重视。车身高度调节能够适应不同载荷、不同路况以及驻车找平等使用需求，而悬架阻尼调节则直接影响车辆的乘坐舒适性、操纵稳定性及俯仰、侧倾等动态姿态。目前，实现车身高度可调的技术方案主要可分为以下几类。

2、一类是采用空气弹簧、液压缸或油气弹簧实现车身高度调节的方案。其中，空气悬架具有较好的隔振舒适性，但通常需要配备空气压缩机、储气罐及大量气动管路，存在气囊易老化、低温可靠性差、响应较慢以及成本较高等问题；液压或油气悬架承载能力较强，但结构复杂、密封要求高、易发生泄漏，且维护成本较高。上述方案均以流体介质作为弹性或承压元件，在长期使用中存在能耗、密封及可靠性方面的隐患。

3、另一类是采用磁流变减振器的半主动悬架方案。磁流变减振器能够通过改变励磁电流在毫秒级调节阻尼力，响应速度快，适合抑制车身振动、俯仰和侧倾。然而，磁流变减振器通常仅能改变阻尼特性，无法直接改变车身高度，因而难以单独满足载荷变化、通过性调节、高速降低风阻等车高调节需求。为此，已有技术尝试将电机驱动的调高机构与磁流变减振器结合，但这类方案中的电动调高机构多采用单一的丝杠或齿轮齿条结构，若缺少有效的承载分力、同步导向和机械锁止设计，容易出现偏载、卡滞、反驱、调高后需持续通电维持以及冲击载荷下位置保持不可靠等问题。

4、由此可见，现有技术尚缺乏一种能够将车身高度调节与阻尼调节有机结合、兼顾结构简洁与可靠性的悬架方案：一方面希望避免空气、液压系统的流体密封与持续承压问题，由机械弹簧承担静载；另一方面希望在调节后无需持续耗电即可可靠保持高度，并具备抗偏载、防卡滞能力；同时，还希望在动态行驶过程中能够快速调节阻尼以抑制车身姿态。因此，如何将上述功能协同整合，实现车身高度与悬架阻尼的统一、可靠控制，仍是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、因此，本发明的目的是提供一种车辆悬架高度与磁流变阻尼协同控制系统及方法，以解决现有空气悬架、液压悬架和单纯磁流变悬架在结构复杂、成本较高、调高保持能耗、动态响应与车高调节难以兼顾等方面的问题。

3、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

4、一种车辆悬架高度与磁流变阻尼协同控制系统，其包括悬架机械执行单元、传感检测单元和控制单元；

5、所述悬架机械执行单元包括弹性支撑件、可移动弹簧座、至少两条呈v形或八字形对称分布的齿条、与所述齿条分别对应啮合的齿轮、用于同步驱动所述齿轮的驱动装置、机械锁止机构以及磁流变减振器；所述弹性支撑件支撑于所述可移动弹簧座与车身之间，所述驱动装置通过所述齿轮带动所述齿条及所述可移动弹簧座沿悬架轴线方向升降，以调节车身高度，所述机械锁止机构用于在所述可移动弹簧座到达目标高度后限制其反向运动，使所述驱动装置断电后所述可移动弹簧座保持所述目标高度；所述磁流变减振器用于根据阻尼控制信号连续调节阻尼力；

6、所述控制单元根据所述传感检测单元采集的车辆状态信息，以车身高度调节为慢变量、以阻尼调节为快变量，对所述驱动装置和所述磁流变减振器进行协同控制。

7、作为本发明所述的一种车辆悬架高度与磁流变阻尼协同控制系统的一种优选方案，其中，两个齿条相对于悬架轴线呈v形、倒v形、八字形或倒八字形布置。

8、作为本发明所述的一种车辆悬架高度与磁流变阻尼协同控制系统的一种优选方案，其中，所述驱动装置包括减速电机和同步轴，所述同步轴与所述齿轮啮合连接。

9、作为本发明所述的一种车辆悬架高度与磁流变阻尼协同控制系统的一种优选方案，其中，所述机械锁止机构为棘爪锁止机构、楔块锁止机构、摩擦锁止机构、电磁插销锁止机构或蜗轮蜗杆自锁机构中的至少一种，所述机械锁止机构在所述可移动弹簧座到达目标高度后对所述齿条、齿轮或同步轴中的至少一者进行锁止。

10、作为本发明所述的一种车辆悬架高度与磁流变阻尼协同控制系统的一种优选方案，其中，所述传感检测单元包括用于检测车身四角高度的高度传感器、用于检测车身姿态的车身惯性测量单元，以及车速信号、轮速信号、转向角信号、制动信号中的至少一种。

11、作为本发明所述的一种车辆悬架高度与磁流变阻尼协同控制系统的一种优选方案，其中，所述控制单元被配置为根据所述传感检测单元的信号计算车身平均高度、左右高度差、前后高度差和对角高度差，并据此确定各悬架的目标高度。

12、作为本发明所述的一种车辆悬架高度与磁流变阻尼协同控制系统的一种优选方案，其中，在急制动、急转弯或高速行驶工况下，所述控制单元优先调节所述磁流变减振器的阻尼，并限制或延迟所述驱动装置驱动的高度调节。

13、作为本发明所述的一种车辆悬架高度与磁流变阻尼协同控制系统的一种优选方案，其中，在停车、低速通过障碍、载荷变化或驻车找平工况下，所述控制单元控制所述驱动装置驱动所述齿条进行高度调节，在高度调节前，若所述机械锁止机构处于锁止状态，则先解除锁止再驱动所述驱动装置。

14、一种车辆悬架高度与磁流变阻尼协同控制方法，包括以下步骤：

15、s1、传感检测单元采集车辆四角高度、车身姿态和车辆行驶状态信号；

16、s2、控制单元根据所述四角高度和车身姿态计算目标车身高度和目标阻尼，并识别车辆工况，在满足高度调节条件时，控制驱动装置带动齿条及可移动弹簧座调节车身高度；

17、s3、控制单元在车辆动态行驶过程中，实时控制磁流变减振器的阻尼,在高度调节到位后，控制所述机械锁止机构进入锁止状态并停止所述驱动装置输出。

18、作为本发明所述的一种车辆悬架高度与磁流变阻尼协同控制方法的一种优选方案，其中，还包括下列至少一项：

19、第一项：所述步骤s1中，车辆状态信号包括车速信号、车轮轮速信号、方向盘转角信号、制动信号、加速度信号、悬架动挠度信号以及路面激励信号，据此识别的车辆工况至少包括停车工况、低速通过工况、高速巡航工况、转弯工况、制动工况、加速工况、载荷变化工况和道路冲击工况；

20、第二项：所述步骤s2包括：结合驾驶员设定的高度模式、当前车辆工况以及路面等级确定目标车身高度，所述目标车身高度包括按需升降高度、标准高度以及载荷自动调平高度；在制动、加速或转弯工况下，还对车身左右两侧或前后轴的悬架进行差动高度调节；

21、第三项：所述方法还包括三层控制策略架构，具体包括：上层工况决策层，用于识别车辆工况并输出目标车身高度、高度调节优先级和阻尼控制模式；中层协同控制层，用于兼顾车身姿态、行驶稳定性与乘坐舒适性，协调分配高度调节量与阻尼调节量，并叠加安全约束；底层执行控制层，用于对所述驱动装置进行位置闭环控制、对所述磁流变减振器进行励磁电流闭环控制，以执行所述目标车身高度与目标阻尼力；

22、第四项：所述步骤s3中，实时控制磁流变减振器的阻尼，包括：根据车身垂向加速度、车轮垂向加速度及车身姿态信息计算目标阻尼力，并通过连续调节或分级调节励磁电流的方式调节阻尼；

23、第五项：所述方法还包括高度与阻尼的协同控制：在高度调节过程中提高所述磁流变减振器的阻尼以抑制车身振荡；在高度调节完成后更新阻尼控制参数；当高度调节与行驶稳定性控制发生冲突时，优先保障行车稳定性；在剧烈工况下暂停高度调节，仅进行阻尼的快速调控；

24、第六项：在车身高度调节过程中，限制所述可移动弹簧座的调节速率以及车身左右两侧的高度差，并增大所述磁流变减振器的阻尼，以避免车身高度突变和振荡；

25、第七项：所述车辆工况的控制逻辑包括：常规行驶工况下，维持标准车身高度并采用舒适或综合阻尼模式；高速巡航工况下，降低车身高度并增大阻尼以提升操控稳定性；崎岖路面工况下，升高车身高度并动态调节阻尼，兼顾通过性与舒适性；紧急制动工况下，限制或暂停高度调节并调节前后悬架阻尼以抑制俯仰；加速工况下，调节悬架阻尼以抑制车头抬升；转弯工况下，增大外侧悬架阻尼并在必要时进行左右高度补偿以减小侧倾；载荷变化工况下，通过闭环控制将车身调回基准高度并同步修正阻尼参数；

26、第八项：当检测到传感器异常、执行器异常或供电异常时，系统进入安全模式：停止一切高度调节动作，将所述可移动弹簧座锁止在安全位置，并将所述磁流变减振器切换至预设的安全阻尼值。

27、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

28、1、由螺旋弹簧承担车辆静载及主要弹性支撑，相较于纯电磁承重或液压、油气持续承压方案，无需持续消耗能量维持承重，也不存在流体密封与泄漏风险，结构简单、可靠性高、成本更低。

29、2、可移动弹簧座所受载荷能够被分解到两侧齿条上，配合同步轴和齿轮实现同步导向与升降，有效分担侧向力，显著降低偏载、卡滞和反驱风险，提升调高过程的运动平稳性与承载可靠性。

30、3、在目标高度调节到位后，通过机械锁止机构限制齿条反向移动或同步轴反转，使可移动弹簧座在减速电机断电后仍能可靠保持目标高度，不仅减少电机持续通电带来的能耗，还提高了断电及冲击载荷下的位置保持能力和失效安全性。

31、4、通过四角高度传感器、车身imu及vcu（整车控制器）实现车身高度、俯仰、侧倾与阻尼的闭环协同控制，将车身高度调节作为慢变量、将磁流变阻尼调节作为快变量，兼顾了车辆的通过性、乘坐舒适性与行驶稳定性，使不同工况下均能获得较优的整车姿态。