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原文传递用于应急救援重载车辆的吸振悬架控制方法及其悬架系统

专利名称：	用于应急救援重载车辆的吸振悬架控制方法及其悬架系统
摘要：	本发明涉及一种用于应急救援重载车辆的吸振悬架控制方法，其包括以下步骤，步骤1：建立车辆悬架的二自由度等效力学模型；步骤2：利用白噪声信号建立车辆悬架的随机路面激励模型；步骤3：根据悬架系统力学模型建立车辆吸振悬架控制系统的状态空间方程；步骤4：利用状态空间方程实现车辆悬架系统的运动控制。本发明通过对车辆悬架的二自由度等效力学模型进行分析，建立了车辆吸振悬架控制系统的状态空间方程，实现车辆悬架系统的运动控制，提高了车辆悬架系统的控制能力，控制稳定性增加；本发明设计的吸振悬架系统能够组合成4类悬架构型，有多种工作模式，实现设计车辆对路况综合性能最优，使车辆对不同类型的复杂路面适应能力得到提升。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	燕山大学
发明人：	巩明德;董子龙;陈浩;刁术志;赵东华
专利状态：	有效
申请日期：	2022-10-21T00:00:00+0800
发布日期：	2022-12-30T00:00:00+0800
申请号：	CN202211296186.0
公开号：	CN115534611A
代理机构：	北京孚睿湾知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	王冬杰
分类号：	B60G17/0165;B60G17/015;B60G17/016;B;B60;B60G;B60G17;B60G17/0165;B60G17/015;B60G17/016
申请人地址：	066004 河北省秦皇岛市河北大街西段438号
主权项：	1.一种用于应急救援重载车辆的吸振悬架控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：建立车辆悬架的二自由度等效力学模型；应急救援车辆悬架的半主动控制以二自由度等效力学模型为研究对象，建立的悬架系统力学模型如下所示：式中：ms表示悬架的簧上质量；表示悬架的簧上质量加速度；b1表示悬架的螺旋管惯容系数；mu表示悬架的簧下质量；表示悬架的簧下质量加速度；c2表示节流阀阻尼系数；表示悬架的簧上质量速度；表示悬架的簧下质量速度；k表示悬架的主弹簧刚度系数；k1和k2分别表示第一和第二气囊式蓄能器的刚度系数；zs表示悬架的簧上质量位移；zu表示悬架的簧下质量位移；U表示控制器输出力；kt表示轮胎刚度系数；z0表示路面对轮胎随机输入激励位移；步骤2：利用白噪声信号建立车辆悬架的随机路面激励模型；所述车辆悬架的随机路面激励模型如下所示：式中：表示t时刻路面对轮胎的激励速度；nc表示路面空间截止频率；v表示车辆速度；z0(t)表示t时刻路面对轮胎输入激励位移；n0表示参考空间频率；Gq(n0)表示路面不平度系数；w(t)表示白噪声信号；步骤3：根据悬架系统力学模型建立车辆吸振悬架控制系统的状态空间方程；步骤31：确定车辆吸振悬架控制系统的状态变量如下所示： x＝[x1 x2 x3 x4]Τ 式中：x表示悬架控制系统的状态变量；x1表示悬架控制系统的状态第一分量；x2表示悬架控制系统的状态第二分量；x3表示悬架控制系统的状态第三分量；x4表示悬架控制系统的状态第四分量；步骤32：确定车辆吸振悬架控制系统的输出向量如下所示： y＝[y1 y2 y3]Τ 式中：y表示悬架控制系统的输出向量；y1表示悬架控制系统的输出第一分量；y2表示悬架控制系统的输出第二分量；y3表示悬架控制系统的输出第三分量；步骤33：确定车辆吸振悬架控制系统的状态空间方程；获取步骤31中的悬架控制系统的状态变量和步骤32中的悬架控制系统的输出向量，车辆的吸振悬架控制系统的状态空间方程如下所示：式中：表示悬架控制系统的状态变量一阶导数；A表示系统状态变量之间的系数矩阵；B1和B2分别表示输入对状态变量的第一和第二控制矩阵；C表示系统输出与系统状态变量之间的输出矩阵；D表示系统输入直接作用在系统输出的直接传递矩阵；步骤4：利用状态空间方程实现车辆悬架系统的运动控制；获取步骤3建立的车辆吸振悬架控制系统的状态空间方程，根据步骤2建立的车辆悬架的随机路面激励模型，利用模糊+PID的控制方法以车辆车身加速度和加速度变化率为输入量，以控制力为输出量对车辆悬架系统进行控制器的设计，从而对车辆悬架的二自由度振动系统进行控制。 2.根据权利要求1所述的用于应急救援重载车辆的吸振悬架控制方法，其特征在于，所述步骤31中的悬架控制系统的状态变量包括四个分量，具体为：所述悬架控制系统的状态第一分量、状态第二分量、状态第三分量和状态第四分量的获取方法如下所示： 3.根据权利要求1所述的用于应急救援重载车辆的吸振悬架控制方法，其特征在于，所述步骤32中的悬架控制系统的输出向量包括三个分量，具体为：所述悬架控制系统的输出第一分量、输出第二分量和输出第三分量的获取方法如下所示： 4.根据权利要求1所述的用于应急救援重载车辆的吸振悬架控制方法，其特征在于，所述步骤33中的系统状态变量之间的系数矩阵A、输入对状态变量的第一控制矩阵B1、输入对状态变量的第二控制矩阵B2、系统输出与系统状态变量之间的输出矩阵C和系统输入直接作用在系统输出的直接传递矩阵D，具体为：所述系统状态变量之间的系数矩阵A的获取方法如下所示：式中：K和q分别表示系数矩阵的第一和第二中间变量；所述输入对状态变量的第一控制矩阵B1的获取方法如下所示： B1＝[0-100]T；所述输入对状态变量的第二控制矩阵B2的获取方法如下所示：所述系统输出与系统状态变量之间的输出矩阵C的获取方法如下所示：所述系统输入直接作用在系统输出的直接传递矩阵D的获取方法如下所示： 5.根据权利要求4所述的用于应急救援重载车辆的吸振悬架控制方法，其特征在于，所述的系数矩阵的第一和第二中间变量，具体为：所述系数矩阵的第一中间变量K的获取方法如下所示： K＝(k+k1+k2)；所述系数矩阵的第二中间变量q的获取方法如下所示： q＝mums+mub1+msb1。 6.一种用于实现根据权利要求1至6之一所述的用于应急救援重载车辆的吸振悬架控制方法的悬架系统，其特征在于，所述悬架系统包括第一部分结构、第二部分结构和第三部分结构；所述第一部分结构包括第一气囊式蓄能器、第一螺旋管、第一比例节流阀、第一电磁换向阀和第二电磁换向阀；第一气囊式蓄能器通过油管在A点处分别与含第一螺旋管和第一比例节流阀两个支路连通，两支路在接近B点的位置分别安装第一电磁换向阀和第二电磁换向阀，并在B点汇合，该部分在C点处和大液压缸连通；所述第二部分结构包括第二气囊式蓄能器、第二螺旋管、第二比例节流阀、第三电磁换向阀和第四电磁换向阀；第二气囊式蓄能器通过油管在D点处分别与含第二螺旋管和第二比例节流阀两个支路连通，两支路在接近E点的位置分别安装第三电磁换向阀和第四电磁换向阀，并在E点汇合，该部分在F点处和小液压缸连通；所述第三部分结构包括大液压缸、气囊、活塞、大氮气腔、缸体、小液压缸和小氮气腔；大液压缸在C点和G点处分别与第一部分结构和气囊连通，大液压缸被活塞分隔为大液压腔和大氮气腔，其缸体和活塞在缸体顶部固结，小液压缸在F点处与第二部分结构连通且被活塞分隔为小氮气腔和小液压腔，其缸体和活塞在缸体顶部固结，两个缸体和对应活塞密封配合使用；在悬架系统工作时，为消除两个气腔压力变化对两液压缸运动性能的影响，在小氮气腔的缸体顶部靠近活塞位置两侧开有第一通风孔和第二通风孔，使小氮气腔和大氮气腔连通，同时在缸体底部G点连接气囊，当液压缸工作时，气囊提供和收集来自两个氮气腔内的氮气，从而保证了小氮气腔和大氮气腔内气体压强恒定。 7.根据权利要求6所述的用于应急救援重载车辆的吸振悬架控制方法的悬架系统，其特征在于，所述第一螺旋管和第二螺旋管横截面积相同但长度不同，使两螺旋管工作时产生不同的惯性系数，为系统提供两种参数不同的惯容器工作模式，丰富悬架构型；第一二部分结构均提供惯容器-弹簧-阻尼和弹簧-阻尼两种工作模式，并由此组合成4类悬架构型。 8.根据权利要求6所述的用于应急救援重载车辆的吸振悬架控制方法的悬架系统，其特征在于，所述大液压缸和小液压缸配合使用时，大液压腔和小液压腔作为吸振腔同时工作，增大油液的有效工作面积。