第五章線控懸架系統(tǒng)5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理5.2線控懸架控制5.3線控懸架電控系統(tǒng)5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯控制本章內(nèi)容主動懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理平順控制和車身高度控制主動懸架電控系統(tǒng)的基本構(gòu)成懸架傳感器與執(zhí)行器的故障診斷方法學(xué)習(xí)重點(diǎn)5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理根據(jù)行駛工況和操作者需求，從外部向作動器輸入能量，在車身與車輪間主動產(chǎn)生作用力，從而實(shí)時調(diào)整懸架剛度、阻尼特性和高度主動作動器類型：主動油氣彈簧懸架、主動空氣彈簧懸架、主動電磁懸架響應(yīng)帶寬有限帶寬主動懸架慢主動懸架，主動作動器與被動或半主動彈性、阻尼元件結(jié)合使用，作動器響應(yīng)帶寬＜6Hz。作動器與彈簧串聯(lián)使用，當(dāng)激勵頻率高于帶寬時，由彈簧吸收沖擊寬帶寬懸架全主動懸架，作動器的帶寬達(dá)100Hz。作動器取代被動懸架中的彈性和阻尼元件實(shí)現(xiàn)傳力和減振為降低能耗，通常將彈簧與作動器并聯(lián)安裝，由彈簧承載車身靜載荷5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動油氣彈簧懸架增加一個可控作用力的作動器及控制系統(tǒng)，由液壓泵、液壓閥、懸架行程傳感器、車身加速度傳感器和控制器等構(gòu)成5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動油氣彈簧懸架A類由高速響應(yīng)閥控制雙作用液壓缸作動力輸出，能耗高、輸出作動力大、控制靈活度高B類由流量控制閥將液壓油輸入到單作用缸和蓄能器中，實(shí)現(xiàn)作動力控制，能耗略低于A類C類采用壓力控制閥驅(qū)動帶有節(jié)流孔的差動液壓缸，布置小型蓄能器，吸收部分振動，液壓系統(tǒng)的主動阻尼和被動阻尼實(shí)現(xiàn)振動控制，具有最低能耗，主動控制能力也較弱5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動油氣彈簧懸架A類作動構(gòu)型的實(shí)例上下兩個腔，控制兩個腔室液壓油的進(jìn)出，推動活塞上下運(yùn)動，調(diào)整減振器高度兩個高壓氣囊，氣囊的體積隨壓力增減而變化，起減振作用電動液壓泵輸入控制能量，雙向液壓泵連接液壓缸上下腔，通過控制油液流向推動活塞上下運(yùn)動5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動油氣彈簧懸架工作模式5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動油氣彈簧懸架工作模式5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動空氣彈簧懸架通過控制氣室體積實(shí)現(xiàn)懸架高度和剛度的調(diào)節(jié)，具有更低的自然頻率和更理想的非線性特性空氣彈簧、減振器、充放氣電磁閥、空壓機(jī)、儲氣罐、車身高度和加速度傳感器、控制系統(tǒng)等構(gòu)成5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動空氣彈簧懸架通過控制氣室體積實(shí)現(xiàn)懸架高度和剛度的調(diào)節(jié)，具有更低的自然頻率和更理想的非線性特性空氣彈簧、減振器、充放氣電磁閥、空壓機(jī)、儲氣罐、車身高度和加速度傳感器、控制系統(tǒng)等構(gòu)成高度控制

剛度阻尼控制5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動空氣彈簧懸架剛度控制要求：起伏路面需要降低懸架瞬時剛度以有效吸收路面沖擊，平整路面需要提高懸架瞬時剛度以改善車身穩(wěn)定改變氣室容積，連續(xù)對空氣彈簧進(jìn)行充氣和排氣主副氣室連通，容積增大，剛度減小主副氣室斷開，容積減小，剛度增加氣室壓縮過程，容積減小，內(nèi)部壓力增加，對空氣彈簧適當(dāng)放氣，瞬時剛度下降，內(nèi)部壓力相對保持不變，吸收壓縮的勢能；氣室膨脹過程，容積變大，內(nèi)部壓力減小，對空氣彈簧適當(dāng)充氣，反向瞬時剛度下降，吸收膨脹勢能5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理主動空氣彈簧懸架集成單腔空氣彈簧和減振器的空氣彈簧控制壓力小時，PDC閥開度增大，阻尼降低控制壓力增大時，PDC閥開度減小，阻尼增大氣動阻尼控制PneumaticDampingControl，PDC5.1線控懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理電磁主動懸架直線式主動模式：向定子繞組輸入電流使定子、轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生電磁力以抑制車身振動饋能模式：定子繞組切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電勢，經(jīng)逆變橋整流濾波后向蓄電池充電，實(shí)現(xiàn)能量回收旋轉(zhuǎn)式5.2線控懸架控制平順控制、高度控制、姿態(tài)控制、預(yù)瞄主動車身控制平順控制——在一般速度范圍內(nèi)，使乘員不會因車身振動而引起不舒服和疲勞的感覺車身加速度、車輪動載荷、懸架動撓度雙層控制結(jié)構(gòu)外層：車身、懸架狀態(tài)及優(yōu)化目標(biāo)，確定作動器的主動控制力內(nèi)層：作動力伺服閉環(huán)控制5.2線控懸架控制平順控制液壓缸的輸出力

1/4主動油氣懸架線性振動方程

5.2線控懸架控制平順控制

平順性三個主要性能指標(biāo)構(gòu)建評價函數(shù)

5.2線控懸架控制車身高度控制車身高度控制原理5.2線控懸架控制車身高度控制平穩(wěn)行駛車高H3、越野車高H4、高速車高H、啟停車高H15.2線控懸架控制車身高度控制根據(jù)高度差和垂向速度將工作區(qū)間分為A\B\CA區(qū)間停止充放氣；B區(qū)間放氣；C區(qū)間充氣區(qū)間A：高差小，變化速率低；高差偏高，但正快速下降；高差偏低，但正快速上升。區(qū)間B：高差過高，仍在上升；高差過高，正在下降；高差偏低，正快速上升。區(qū)間C：高差過低，仍在下降；高差過低，正在上升；高差偏高，正在快速下降。5.2線控懸架控制姿態(tài)控制側(cè)傾：不平路面激勵和高速轉(zhuǎn)向時的離心力產(chǎn)生俯仰：不平路面激勵和加減速操作時的縱向慣性力產(chǎn)生車身姿態(tài)是全部懸架共同響應(yīng)的結(jié)果，控制對象是整車懸架，控制系統(tǒng)復(fù)雜性高于平順控制側(cè)傾與俯仰獨(dú)立控制忽略了各自由度間的耦合，采用低階模型描述對象和設(shè)計(jì)控制器，以降低系統(tǒng)的維度，從而簡化控制器設(shè)計(jì)，復(fù)雜工況下各控制目標(biāo)的協(xié)調(diào)困難側(cè)傾和俯仰集成控制采用整車模型描述對象和設(shè)計(jì)控制器，以統(tǒng)一的優(yōu)化目標(biāo)協(xié)調(diào)全部作動器的輸出，綜合性能較前者更優(yōu)，系統(tǒng)維度遠(yuǎn)高于前者5.2線控懸架控制側(cè)傾控制側(cè)傾動力學(xué)方程

定義滑模面

滑模面的收斂速率為指數(shù)趨近率

5.2線控懸架控制預(yù)瞄主動車身控制提前獲得路面的輪廓信息，主動、獨(dú)立地控制車輛各懸架的作動力和位移，補(bǔ)償路面的起伏，使車身保持平穩(wěn)路面高程估計(jì)、車速修正、主動懸架閉環(huán)控制5.2線控懸架控制預(yù)瞄主動車身控制——高程估計(jì)

每個光斑在車輛局部坐標(biāo)系的位置

5.2線控懸架控制預(yù)瞄主動車身控制——速度修正ABS輪速傳感器獲得的速度信號含有未知的車輪滑移率、車輪半徑變化等引入的誤差解決辦法：對兩個連續(xù)的路面高程序列相關(guān)分析，利用獲得的車身速度修正輪速傳感器的誤差預(yù)瞄主動車身控制——主動懸架閉環(huán)控制七自由度模型

5.2線控懸架控制預(yù)瞄主動車身控制——主動懸架閉環(huán)控制

擾動量的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程

5.2線控懸架控制預(yù)瞄主動車身控制——主動懸架閉環(huán)控制觀測的路面擾動增廣到狀態(tài)變量中

5.3線控懸架電控系統(tǒng)主動油氣懸架電控系統(tǒng)三個車身加速度傳感器布置在左前、右前及右后部位，測量垂向加速度；四個車身高度傳感器布置在四個懸架支柱位置，測量車身高度；四個柱塞行程傳感器安裝在懸架支柱上，提供液壓缸活塞的位置反饋；壓力傳感器檢測液壓泵輸出壓力；油溫傳感器用于液壓系統(tǒng)的狀態(tài)反饋5.3線控懸架電控系統(tǒng)主動油氣懸架電控系統(tǒng)5.3線控懸架電控系統(tǒng)主動空氣懸架電控系統(tǒng)四個車身水平高度傳感器布置在懸架支柱位置；三個車身加速度傳感器安裝在前左、前右和后右支柱位置；車門、后艙門開關(guān)信號用于停車高度控制；壓縮機(jī)溫度傳感器用于反饋空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；壓力傳感器用于反饋調(diào)節(jié)閥內(nèi)管道壓力。5.3線控懸架電控系統(tǒng)主動空氣懸架電控系統(tǒng)5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯控制危害分析與風(fēng)險評估失去阻尼控制，過度/不足阻尼控制，意外的阻尼控制；失去水平高度控制，過高/過低的水平高度控制，意外的水平高度控制；失去剛度控制，過度/不足的剛度控制，意外的剛度控制；失去側(cè)傾/俯仰控制，過度/不足的側(cè)傾/俯仰控制，意外的側(cè)傾/俯仰控制。運(yùn)行場景失效后果危害事件嚴(yán)重度暴露度可控性ASIL高速轉(zhuǎn)彎意外阻尼控制穩(wěn)定性問題、增加制動距離，碰撞或車輛失穩(wěn)S3E2C2A高速轉(zhuǎn)彎高度控制不正確或意外控制車輛發(fā)生偏航、側(cè)傾，引發(fā)碰撞或側(cè)翻S4E3C2C高速轉(zhuǎn)彎車輪剛度控制不正確或意外產(chǎn)生穩(wěn)定性問題、增加制動距離、偏航、側(cè)傾，S4E3C2C高速轉(zhuǎn)彎側(cè)傾控制不正確或意外產(chǎn)生穩(wěn)定性問題、增加制動距離、偏航、側(cè)傾，S4E3C2C高度傳感器失效的ASIL等級5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯控制危害分析與風(fēng)險評估失效模式ASIL等級安全目標(biāo)車身水平高度傳感器失效C避免意外的阻尼/剛度/高度/姿態(tài)控制，過大/小幅度在容限內(nèi)車身加速度傳感器失效C避免意外的阻尼/剛度控制，過大/小幅度在容限內(nèi)縱側(cè)向加速度傳感器失效C避免意外的側(cè)傾/俯仰控制，過大/小幅度在容限內(nèi)壓力傳感器失效C剛度/側(cè)傾/俯仰控制的過大/小幅度在容限內(nèi)控制器輸出錯誤信號或無輸出C避免意外阻尼/剛度/高度/姿態(tài)控制，過大/小幅度在容限內(nèi)電機(jī)失效QM

閥失效C避免意外的阻尼/高度/剛度/姿態(tài)控制節(jié)點(diǎn)/鏈路故障QM

主動懸架系統(tǒng)各失效模式引起危害事件的ASIL等級5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯控制故障診斷與容錯控制——傳感器故障診斷與容錯控制車身水平高度傳感器、車身加速度傳感器、作動器行程傳感器、氣/液壓力傳感器

互為冗余

5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯控制故障診斷與容錯控制——傳感器故障診斷與容錯控制

簧上質(zhì)量的垂向加速度的兩種表達(dá)形式

彈簧力=作動力

柱塞運(yùn)動加速度

5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯控制故障診斷與容錯控制——傳感器故障診斷與容錯控制

失效傳感器殘差車身加速度傳感器+/-+/-00作動器行程傳感器0+/-+/-+/-車身高度傳感器+/-+/-0+/-流量Q+/-0+/-+/-壓力傳感器+/-00+/-5.4線控懸架系統(tǒng)的失效與容錯控制故障診斷與容錯控制——執(zhí)行器故障診斷與容錯控制

整個作動器視作一個部件，根據(jù)故障后對懸架系統(tǒng)的影響診斷和定位故障主要故障：