一种电动全地形车悬架刚度与阻尼协同控制方法及系统与流程

本发明涉及电动全地形车悬架控制，尤其涉及一种电动全地形车悬架刚度与阻尼协同控制方法及系统。

背景技术：

1、在电动全地形车行驶过程中，悬架需要根据车辆载荷、路面起伏和车辆运动状态持续调节承载刚度与减振阻尼；现有技术根据空气弹簧压力、悬架高度、悬架位移、悬架速度、车身垂向加速度和车辆速度确定空气弹簧目标刚度、减振器压缩和回弹阻尼；但是在连续高频大行程越障过程中，空气弹簧气囊承载复合层会承受持续交变载荷，内部逐渐出现微裂纹和界面脱粘，这类损伤在还没有形成明显漏气时，空气弹簧压力和悬架高度处于正常范围，但是气囊内部承载能力已经开始发生变化，具有隐蔽性和渐进性，难以通过常规运行参数进行识别，导致根据健康状态确定的刚度和阻尼参数与空气弹簧实际承载状态产生偏差；

2、现有技术在悬架控制中，主要依据压力、位移和车辆动态响应进行目标刚度和阻尼调节，对空气弹簧内部疲劳损伤难以进行早期感知；采用车辆振动响应估计空气弹簧刚度的方法容易受到路面激励、车辆载荷和运行工况变化的影响，难以在空气弹簧宏观刚度明显变化之前识别内部疲劳损伤的临界逼近状态；现有控制方式按照健康状态下的目标刚度匹配减振器阻尼，难以根据空气弹簧实际承载能力变化对刚度调节范围、压缩和回弹阻尼进行协同调整的控制，难以兼顾电动全地形车在驱动滑移和连续越障状态下的悬架运动特性。

技术实现思路

1、为了克服悬架控制难以及时识别气囊内部疲劳损伤并协同调节刚度阻尼的缺点，本发明提供了一种电动全地形车悬架刚度与阻尼协同控制方法及系统。

2、本发明的技术实施方案为：一种电动全地形车悬架刚度与阻尼协同控制方法，包括以下步骤：

3、s1：获取空气弹簧压力瞬时值、气囊温度瞬时值、悬架位移瞬时值、车身垂向加速度瞬时值、声发射原始信号、车轮角速度瞬时值、电机转矩瞬时值、电机角速度瞬时值和车辆速度瞬时值，将相邻两个相同悬架中位状态之间的时间区间定义为一个悬架工作循环；

4、s2：根据空气弹簧压力瞬时值和空气弹簧有效承载面积计算空气弹簧承载力，在一个悬架工作循环内对空气弹簧承载力与悬架速度瞬时值乘积的绝对值积分得到空气弹簧机械工作量，对声发射原始信号处理得到单位机械工作量声发射响应和单位时间声发射事件活动程度；

5、s3：根据单位机械工作量声发射响应、单位时间声发射事件活动程度、悬架运动程度和电驱负荷程度构建声发射临界前非线性交互量，根据相邻悬架工作循环的声发射临界前非线性交互量变化趋势和连续悬架工作循环统计比例确定气囊疲劳损伤临界逼近结果；

6、s4：根据气囊疲劳损伤临界逼近结果和健康空气弹簧台架标定关系，预测空气弹簧有效刚度和预测刚度偏差；

7、s5：根据预测刚度偏差限制空气弹簧目标刚度调节范围，重新确定减振器压缩阻尼目标值和减振器回弹阻尼目标值，利用车身垂向加速度瞬时值对减振器压缩阻尼目标值和减振器回弹阻尼目标值进行闭环修正。

8、优选地，所述获取空气弹簧压力瞬时值、气囊温度瞬时值、悬架位移瞬时值、车身垂向加速度瞬时值、声发射原始信号、车轮角速度瞬时值、电机转矩瞬时值、电机角速度瞬时值和车辆速度瞬时值，将相邻两个相同悬架中位状态之间的时间区间定义为一个悬架工作循环，包括：在空气弹簧气囊外表面设置声发射传感器，在空气弹簧气路设置压力传感器和温度传感器，在悬架机构设置悬架位移传感器，在车身设置垂向加速度传感器，在车轮设置车轮角速度传感器，从整车控制器获取车辆速度瞬时值，从驱动电机控制器获取电机转矩瞬时值和电机角速度瞬时值；所述声发射传感器用于获取声发射原始信号，所述压力传感器用于获取空气弹簧压力瞬时值，所述温度传感器用于获取气囊温度瞬时值，所述悬架位移传感器用于获取悬架位移瞬时值，所述垂向加速度传感器用于获取车身垂向加速度瞬时值，所述车轮角速度传感器用于获取车轮角速度瞬时值；对悬架位移瞬时值进行时间微分获得悬架速度瞬时值。

9、优选地，所述根据空气弹簧压力瞬时值和空气弹簧有效承载面积计算空气弹簧承载力，在一个悬架工作循环内对空气弹簧承载力与悬架速度瞬时值乘积的绝对值积分得到空气弹簧机械工作量，包括：空气弹簧承载力计算公式为：，其中为空气弹簧压力瞬时值，为根据悬架位移瞬时值确定的空气弹簧有效承载面积；空气弹簧机械工作量计算公式为：，其中为第个悬架工作循环，为悬架速度瞬时值；对于第个悬架工作循环，以包括第个悬架工作循环在内的最近连续个悬架工作循环构成滑动窗口，所述滑动窗口内的悬架工作循环序号为到；对悬架速度瞬时值按悬架工作循环求峰值，将各悬架工作循环的悬架速度峰值在滑动窗口内分别求和后除以，得到悬架速度峰值平均值。

10、优选地，所述对声发射原始信号处理得到单位机械工作量声发射响应和单位时间声发射事件活动程度，包括：对声发射原始信号进行频带滤波，得到声发射滤波信号；将声发射滤波信号与预设幅值阈值进行比较，在声发射滤波信号大于预设幅值阈值的连续时间段内形成一个声发射事件；统计第个悬架工作循环内形成的声发射事件数量，得到声发射事件数；对声发射滤波信号在第个悬架工作循环内进行平方积分，得到声发射信号能量；根据预设参考机械工作量和预设参考声发射信号能量进行归一化，得到和，其中，为归一化空气弹簧机械工作量，为归一化声发射信号能量；单位机械工作量声发射响应计算公式为：；单位时间声发射事件活动程度计算公式为：，其中为第个悬架工作循环的时间长度，为预设参考频率。

11、优选地，所述根据单位机械工作量声发射响应、单位时间声发射事件活动程度、悬架运动程度和电驱负荷程度构建声发射临界前非线性交互量，包括：获取驱动车轮编号；对于第个驱动车轮，根据预先标定的车轮有效半径和车轮角速度瞬时值计算车轮线速度，公式为：；根据车辆速度瞬时值计算车轮驱动滑移率，公式为：，其中为预设低速保护量；根据电机转矩瞬时值和电机角速度瞬时值计算驱动机械功率；计算第个悬架工作循环的平均驱动机械功率，公式为：；对单位机械工作量声发射响应和单位时间声发射事件活动程度进行滑动平均，得到和，其中为第个悬架工作循环的单位机械工作量声发射响应，为第个悬架工作循环的单位时间声发射事件活动程度；计算悬架运动程度，公式为：，其中为悬架速度峰值平均值，为预设参考悬架速度；计算单位机械工作量声发射响应偏离量，公式为：，其中为健康空气弹簧在相同机械工作条件下预先标定的参考单位机械工作量声发射响应；计算单位时间声发射事件活动程度偏离量，公式为：，其中为健康空气弹簧在相同机械工作条件下预先标定的参考单位时间声发射事件活动程度；计算电驱负荷程度，公式为：，其中为预设参考驱动机械功率；计算声发射临界前非线性交互量，公式为：，其中、、和为声发射临界前非线性交互量权重系数。

12、优选地，所述根据相邻悬架工作循环的声发射临界前非线性交互量变化趋势和连续悬架工作循环统计比例确定气囊疲劳损伤临界逼近结果，包括：计算相邻悬架工作循环之间的非线性交互量变化，公式为：，其中为第个悬架工作循环的声发射临界前非线性交互量；构建临界前变化量，公式为：；在最近个悬架工作循环中，统计满足的悬架工作循环比例，公式为：，其中为指示函数，为预设临界前变化量阈值；气囊疲劳损伤临界逼近指标计算公式为：，其中为预设权重系数；当且从第个悬架工作循环向前连续预设数量个悬架工作循环满足时，确定空气弹簧气囊承载复合层内部疲劳损伤进入临界前演化状态，为第个悬架工作循环的气囊疲劳损伤临界逼近指标，为预设临界前阈值。

13、优选地，所述根据气囊疲劳损伤临界逼近结果和健康空气弹簧台架标定关系，预测空气弹簧有效刚度和预测刚度偏差，包括：通过对不同空气弹簧压力瞬时值、不同气囊温度瞬时值和不同悬架位移瞬时值组合进行刚度标定获得健康目标刚度映射函数；根据空气弹簧压力瞬时值、气囊温度瞬时值和悬架位移瞬时值，利用健康空气弹簧台架标定关系获得当前空气弹簧健康目标刚度，公式为：；根据气囊疲劳损伤临界逼近指标计算预测空气弹簧有效刚度，公式为：，其中为预测有效刚度敏感系数；预测刚度偏差计算公式为：。

14、优选地，所述根据预测刚度偏差限制空气弹簧目标刚度调节范围，重新确定减振器压缩阻尼目标值和减振器回弹阻尼目标值，包括：空气弹簧目标刚度上限的计算公式为：，其中为初始空气弹簧目标刚度上限，为空气弹簧目标刚度上限收缩系数；减振器压缩阻尼目标值的计算公式为：，其中为基础压缩阻尼，为压缩阻尼刚度偏差增益系数，为压缩阻尼速度修正系数；滑移因子计算公式为：，其中为预设参考滑移率；减振器回弹阻尼目标值计算公式为：，其中为基础回弹阻尼，为回弹阻尼刚度偏差增益系数，为回弹阻尼速度修正系数。

15、优选地，所述利用车身垂向加速度瞬时值对减振器压缩阻尼目标值和减振器回弹阻尼目标值进行闭环修正，包括：计算当前实际车身振动响应，公式为：，其中为车身垂向加速度瞬时值；以预设参考车身垂向加速度均方根值为基准对阻尼进行闭环修正，得到最终目标阻尼，其中为当前悬架阶段的目标阻尼；当前悬架处于压缩阶段时，为减振器压缩阻尼目标值；当前悬架处于回弹阶段时，为减振器回弹阻尼目标值；为阻尼闭环修正增益系数；当气囊疲劳损伤临界逼近指标小于预设临界前阈值时，保持正常空气弹簧目标刚度调节范围、减振器压缩阻尼和回弹阻尼控制范围；当大于预设临界前阈值后，限制空气弹簧目标刚度调节范围，根据预测刚度偏差重新确定减振器压缩阻尼目标值和减振器回弹阻尼目标值，利用车身垂向加速度瞬时值进行闭环修正；当恢复至预设释放阈值以下并持续预设数量的悬架工作循环时，恢复正常空气弹簧目标刚度调节范围和减振器压缩阻尼、回弹阻尼控制范围；其中为预设释放阈值。

16、优选地，一种电动全地形车悬架刚度与阻尼协同控制系统，还包括：

17、悬架运行数据采集模块，用于获取空气弹簧压力瞬时值、气囊温度瞬时值、悬架位移瞬时值、车身垂向加速度瞬时值、声发射原始信号、车轮角速度瞬时值、电机转矩瞬时值、电机角速度瞬时值和车辆速度瞬时值，将相邻两个相同悬架中位状态之间的时间区间定义为一个悬架工作循环；

18、机械工作量计算模块，用于根据空气弹簧压力瞬时值和空气弹簧有效承载面积计算空气弹簧承载力，在一个悬架工作循环内对空气弹簧承载力与悬架速度瞬时值乘积的绝对值积分得到空气弹簧机械工作量，对声发射原始信号处理得到单位机械工作量声发射响应和单位时间声发射事件活动程度；

19、声发射临界识别模块，用于根据单位机械工作量声发射响应、单位时间声发射事件活动程度、悬架运动程度和电驱负荷程度构建声发射临界前非线性交互量，根据相邻悬架工作循环的声发射临界前非线性交互量变化趋势和连续悬架工作循环统计比例确定气囊疲劳损伤临界逼近结果；

20、空气弹簧刚度预测模块，用于根据气囊疲劳损伤临界逼近结果和健康空气弹簧台架标定关系，预测空气弹簧有效刚度和预测刚度偏差；

21、刚度阻尼协同控制模块，用于根据预测刚度偏差限制空气弹簧目标刚度调节范围，重新确定减振器压缩阻尼目标值和减振器回弹阻尼目标值，利用车身垂向加速度瞬时值对减振器压缩阻尼目标值和减振器回弹阻尼目标值进行闭环修正。

22、有益效果：本发明通过获取空气弹簧压力、气囊温度、悬架运动、声发射和车辆驱动状态信息，将气囊承载复合层疲劳损伤产生的声发射响应按照空气弹簧机械工作量进行归一化处理，结合声发射事件活动程度、悬架运动程度和电驱负荷程度构建非线性交互关系，实现对气囊疲劳损伤临界逼近状态的间接识别；通过利用健康空气弹簧台架标定关系，将气囊疲劳损伤临界逼近指标进一步映射为空气弹簧预测有效刚度和预测刚度偏差，使难以直接测量的内部疲劳状态能够转化为可用于悬架控制的刚度变化信息，在空气弹簧宏观刚度明显变化之前实现提前判断；通过将预测刚度偏差同时用于限制空气弹簧目标刚度调节范围和重新确定减振器压缩阻尼和回弹阻尼，结合车轮滑移状态对回弹阻尼进行修正，使空气弹簧承载能力变化与减振器阻尼调整形成联动控制，避免按照健康状态参数继续进行刚度和阻尼匹配；通过利用车身垂向加速度对压缩阻尼和回弹阻尼进行闭环修正，使预测控制结果能够根据实际车辆振动响应进行动态调整，提高复杂非铺装路面和连续越障工况下的控制适应能力；通过将声发射损伤表征、机械工作量归一化、非线性临界识别、有效刚度预测和刚度阻尼协同控制依次关联，形成由内部损伤感知向悬架参数重构再到车辆动态响应反馈的连续技术链，各环节分别解决状态识别、刚度预测和控制匹配问题。