全輪互聯(lián)懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單煒聰，馮汶迪，周金偉

全輪互聯(lián)懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單煒聰，馮汶迪，周金偉*

（廣東白云學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 廣州 510450）

近年來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，在碳中和碳達(dá)峰等國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)的支持下，電動(dòng)車(chē)日益增多，大容量電池在帶來(lái)長(zhǎng)續(xù)航的同時(shí)也使車(chē)重隨之增加，車(chē)輛穩(wěn)定性以及舒適性相應(yīng)下降。文章所描述的全輪互聯(lián)懸掛就如何提高車(chē)輛的行駛穩(wěn)定性以及舒適性進(jìn)行研究，將全車(chē)的阻尼器通過(guò)液壓管路進(jìn)行連接，并用限流閥進(jìn)行流量控制，通過(guò)識(shí)別汽車(chē)行駛姿態(tài)以及駕駛員意圖，對(duì)特定管路的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改善特定情況下的阻尼，在不損失汽車(chē)舒適性的前提下降低車(chē)輛的側(cè)傾仰俯，從而增強(qiáng)車(chē)輛穩(wěn)定性，提升汽車(chē)的操控性。

全輪互聯(lián)懸掛；模糊控制；實(shí)驗(yàn)分析；車(chē)輛穩(wěn)定性

汽車(chē)的行駛姿態(tài)、極限操控時(shí)的穩(wěn)定性和舒適性[1]，與汽車(chē)底盤(pán)設(shè)定息息相關(guān)，而設(shè)定取向一般為舒適性取向和極限操控時(shí)穩(wěn)定性的取向，且無(wú)法同時(shí)兼顧極限操控的穩(wěn)定性與舒適性，原因是汽車(chē)的底盤(pán)由傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成，而目前市面上大多數(shù)車(chē)輛底盤(pán)的四個(gè)系統(tǒng)在汽車(chē)上各司其職，獨(dú)立工作，行駛系統(tǒng)與其余系統(tǒng)之間無(wú)信息交流，即便行駛系統(tǒng)具有自主可調(diào)節(jié)性也只能根據(jù)路面信息或駕駛員手動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，無(wú)法根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行駛傳動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的具體設(shè)定和工作狀態(tài)進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，因此，在舒適取向和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定取向之間無(wú)法做到有效兼顧，隨著現(xiàn)如今科技的進(jìn)步和電子技術(shù)的提升，底盤(pán)系統(tǒng)之間的信息交流成為可能[2]。全輪互聯(lián)懸架正是通過(guò)整合底盤(pán)系統(tǒng)信息，并作用于行駛系統(tǒng)，從而兼顧穩(wěn)定性和舒適性的產(chǎn)物。其由全輪互聯(lián)阻尼器，控制閥門(mén)，模糊控制器，加速踏板角度傳感器，減速踏板傳感器，方向盤(pán)角度傳感器組成。本文就其建模，控制原理以及仿真結(jié)果三個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行敘述。

1 全輪互聯(lián)懸掛互聯(lián)阻尼器建模以及描述

1.1 抗側(cè)傾聯(lián)通減震方式分析

該部件主要通過(guò)液壓原理和流體力學(xué)方面進(jìn)行互聯(lián)液壓。首先減震器分有活塞上腔和活塞下腔，工作桶和儲(chǔ)油桶。當(dāng)減震器受壓縮時(shí)活塞將會(huì)下行，活塞中的減震器油通過(guò)活塞中的孔隙從下腔向上腔轉(zhuǎn)移，這一過(guò)程孔壁和油液就產(chǎn)生出阻尼力。此系統(tǒng)將兩只減震器的內(nèi)筒和外筒交替相連，下文將詳細(xì)介紹其形式。在兩兩相連過(guò)程中都連裝著一個(gè)流通閥門(mén)，閥門(mén)由高度傳感器傳出的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)適量的開(kāi)放。這一過(guò)程充利用了減震器中的減震油使得四支減震器有各自的聯(lián)系之處，又各自有其獨(dú)立之處。

假設(shè)在高速向右轉(zhuǎn)向時(shí)，由于離心力大于向心力，左側(cè)的懸掛將受到壓縮導(dǎo)致減震器活塞向下壓縮，在活塞孔處產(chǎn)生阻尼力，此時(shí)由于液壓關(guān)系油液通過(guò)內(nèi)筒底下的油孔流動(dòng)到右側(cè)懸掛減震器的外筒里。右側(cè)的懸掛將受到拉伸導(dǎo)致減震器活塞向下拉伸，活塞孔處也會(huì)產(chǎn)生阻尼力。此時(shí)由于液壓關(guān)系油液通過(guò)外筒里的油孔流回左側(cè)內(nèi)筒里，右側(cè)減震器外筒的油通過(guò)管道流動(dòng)到左側(cè)內(nèi)筒，正好左側(cè)活塞桿壓縮，從右側(cè)外筒流動(dòng)到油液左側(cè)內(nèi)筒油腔內(nèi)產(chǎn)生壓力，阻礙油塞過(guò)度下行壓縮，而右側(cè)活塞桿拉伸，使得外筒的油液流到左側(cè)內(nèi)筒，這一過(guò)程恰恰相反，使得左右兩邊在一定時(shí)間下得到力的平衡，從而使得左右兩邊減震器不會(huì)過(guò)度的壓縮和拉伸。而且現(xiàn)在的左外筒和右內(nèi)筒相連產(chǎn)生負(fù)壓，使得左內(nèi)筒和右外筒的油液相連便于產(chǎn)生一定相互壓力，左轉(zhuǎn)彎時(shí)同理可得。

車(chē)輛前后懸掛在受力不均時(shí)產(chǎn)生車(chē)身劇烈的俯沖和仰沖的姿勢(shì)[3]，通過(guò)這套全輪互聯(lián)懸掛系統(tǒng)就可以遏制這個(gè)劇烈姿勢(shì)。假設(shè)現(xiàn)在在高速下急剎車(chē)造成懸架發(fā)生俯沖姿態(tài)，此時(shí)全輪互聯(lián)懸掛系統(tǒng)發(fā)生作用，首先由于懸掛俯沖姿態(tài)造成前減震器壓縮和后減震器拉伸形態(tài)，其主要形勢(shì)和抗側(cè)傾聯(lián)通方式大同小異，都是從壓縮的一方內(nèi)筒和拉伸的一方外筒相連造成相反壓力緩和壓縮和拉伸，壓縮的外筒和拉伸的內(nèi)筒相連造成負(fù)壓便于其油液互流，只是它作用的形式不同。

1.2 互聯(lián)減震器三維建模

利用Solidworks進(jìn)行三維模型建立[4]，利用拉伸、切除、掃描、薄壁功能畫(huà)出減震器外筒、減震器內(nèi)筒、活塞、活塞桿、互聯(lián)管道。外筒是一個(gè)底面留內(nèi)筒互通管接口直徑50 mm，側(cè)面留外筒互通管接口直徑50 mm，上側(cè)給活塞桿留出半徑62 mm的孔；內(nèi)筒下端面留有50 mm的互通管接口孔，上端面封閉，但在上端下250 mm處有左右兩側(cè)流向外筒的直徑為100 mm的開(kāi)孔；互通管按照互通管接口直徑等比例畫(huà)出。利用同心、重合功能裝配出一個(gè)減震器模型，先定位活塞和活塞桿同心和重合關(guān)系，再配合內(nèi)筒和外筒同心和重合關(guān)系，然后再配合內(nèi)筒和活塞桿同心關(guān)系，最后配合兩條互通管即完成裝配，如圖1所示。

圖1 Solidworks三維模型

1.3 管道模擬流量分析

利用Flow Simulation模塊對(duì)Solidworks建立好的三維模型進(jìn)行管道模擬流量分析，如圖2所示。假設(shè)油液不受壓力而壓縮變化，首先設(shè)定兩邊減速器入口速度為6 m/s，并在壓縮內(nèi)筒和拉伸的外筒的互通管道處設(shè)兩個(gè)位置面設(shè)定為101 325 Pa、293.2 K，并設(shè)置目標(biāo)求靜壓平均值、總壓平均值、平均速度值。觀察流動(dòng)跡線可得在壓縮內(nèi)筒和拉伸外筒的互通管某處是可能存在著一點(diǎn)使得他們壓力平衡的點(diǎn)。仿真結(jié)果得出在此處設(shè)定產(chǎn)生的兩個(gè)表面1和表面2的靜壓平均值分別為 101 325.00 Pa和101 325.00 Pa；平均速度數(shù)值分別為62.055 m/s和72.597 m/s；兩側(cè)平均密度（流體）分別為997.06 kg/m3和997.16 kg/m3；平均速度（）分別為62.055 m/s和72.597 m/s；平均速度（）分別為3.038 m/s和1.965 m/s；平均速度（）分別為15.078 m/s和17.561 m/s；所設(shè)置的兩平面得出的數(shù)據(jù)相當(dāng)接近，可得出在此設(shè)置平面附近存在著兩平面平衡處。

圖2 Flow Simulation管道模擬流量分析

假設(shè)該平衡點(diǎn)成立，分析該平衡點(diǎn)的平衡面得出該平衡面產(chǎn)生流體的速度非常接近，此時(shí)就非常有可能在此處互通管道中存在著壓力平衡面，則假設(shè)成立。

2 全輪互聯(lián)阻尼器的模型以及模糊控制原理

車(chē)身姿態(tài)控制通過(guò)獲取轉(zhuǎn)向角度傳感器，加速踏板傳感器以及減速踏板傳感器的信號(hào)得出駕駛員的行為意圖，并將傳感器具體參數(shù)傳輸至電子控制單元（Electronic Control Unit, ECU）利用模糊邏輯控制算法使用Simulink進(jìn)行信號(hào)仿真，從而調(diào)整相應(yīng)液壓管路的限流閥，以將車(chē)身姿態(tài)調(diào)整至預(yù)定車(chē)身姿態(tài)[5]。

利用AMEsim對(duì)整車(chē)物理模型與互聯(lián)阻尼器的液壓模型[6]，液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)模型進(jìn)行搭建。整車(chē)互聯(lián)阻尼器由互聯(lián)避震阻尼器、管路接口、液壓管路、控制閥門(mén)組成。可互聯(lián)避震阻尼器與減震彈簧作用于汽車(chē)懸架部分，液壓管路與阻尼器相連并可分成三個(gè)部分，抗側(cè)傾液壓互聯(lián)管路、抗俯仰液壓互聯(lián)懸架與抗垂向液壓互聯(lián)管路。抗側(cè)傾液壓油路、抗俯仰液壓油路與抗垂向液壓油路分別由限流電磁閥控制以用來(lái)調(diào)節(jié)液壓油路的通路，從而控制這三個(gè)方向的阻尼大小。分析側(cè)傾方向的液壓油路，若車(chē)輛需求為抑制側(cè)傾趨勢(shì)，其工作原理是將左側(cè)液壓缸的上油腔與右側(cè)液壓缸的下油腔相連，左側(cè)液壓缸的下油腔與右側(cè)液壓缸的上油腔相連，車(chē)輛右側(cè)傾時(shí)車(chē)輛左側(cè)液壓缸下油腔與右側(cè)上油缸聯(lián)通產(chǎn)生高壓，左側(cè)液壓缸上腔與右側(cè)液壓缸下腔聯(lián)通產(chǎn)生負(fù)壓，交叉液壓管路中的油壓差將產(chǎn)生一個(gè)作用于車(chē)身的抗側(cè)傾力矩，從而改善車(chē)輛側(cè)傾趨勢(shì)。同理，俯仰方向與垂向的控制原理相同。

模糊控制器的設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)合理的輸入，車(chē)輛動(dòng)態(tài)的改變?cè)醋杂隈{駛員的輸入，踩下加速踏板車(chē)輛加速便會(huì)使車(chē)輛重心后移，踩下剎車(chē)踏板便會(huì)使車(chē)輛重心前移，隨著方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角的增加，汽車(chē)轉(zhuǎn)向趨勢(shì)的增加，側(cè)傾也會(huì)隨之增大，這些動(dòng)態(tài)的改變伴隨著重量的轉(zhuǎn)移作用于阻尼器上。因此，想要通過(guò)全輪互聯(lián)懸掛對(duì)動(dòng)態(tài)進(jìn)行控制就需要檢測(cè)車(chē)輛加速踏板角度、剎車(chē)踏板角度與方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度，控制對(duì)應(yīng)的抗俯仰、抗側(cè)傾和抗垂向互聯(lián)管路進(jìn)行控制，對(duì)油壓進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

互聯(lián)管路中的俯仰控制閥門(mén)由俯仰閥門(mén)模糊控制器控制，互聯(lián)管路中的側(cè)傾管路閥門(mén)由側(cè)傾閥門(mén)模糊控制器控制，互聯(lián)管路中的垂向控制閥門(mén)由車(chē)速模糊控制器控制。

首先定義變量，將車(chē)輛的剎車(chē)踏板位移輸入與車(chē)速輸入作為俯仰閥門(mén)模糊控制器輸入變量，側(cè)傾控制閥門(mén)開(kāi)度作為輸出變量，采用二維模糊控制器進(jìn)行控制。

輸入變量的模糊化，為了進(jìn)行變量的模糊化處理，輸入變量必須從基本論域轉(zhuǎn)化到對(duì)應(yīng)的模糊集論域，這需將輸入變量乘以相對(duì)應(yīng)的量化因子。將量化因子定義為。

其次剎車(chē)踏板位移變化與車(chē)速高低均可反映駕駛員的駕駛意圖，剎車(chē)踏板位移數(shù)值越大，制動(dòng)意圖越緊急，車(chē)速越高俯仰方向重量轉(zhuǎn)移越大，因此根據(jù)踏板位移與車(chē)速，與制動(dòng)意圖成正比的原則，制定相應(yīng)的模糊控制規(guī)則：

當(dāng)車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為1；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為1；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4。

車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為1；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4。

車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為時(shí)，剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5。

車(chē)速為時(shí)，剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為、俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為、俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5。

車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5。

基于上述模糊子集，俯仰方向模糊控制器實(shí)時(shí)接收駕駛員踏板位移變化和車(chē)速變化確定俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度所處的模糊子集，基于模糊控制規(guī)則，可以得到其輸入與輸出關(guān)系，車(chē)速、剎車(chē)踏板位移、俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度關(guān)系如圖3所示。

圖3 車(chē)速、剎車(chē)踏板位移、俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度關(guān)系圖

同理，側(cè)傾模糊控制器的輸入變量為車(chē)速和方向盤(pán)角度，輸出變量為側(cè)傾閥門(mén)開(kāi)度，定義方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度論域?yàn)閇?50,50]，方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度的模糊論域?yàn)?(?1，?(1?1)...,0,1,...,1?1,1），方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度的量化因子為；車(chē)速的基本論域是[40，120]，車(chē)速的模糊論域?yàn)镾=(0,1,..,2?1,2）；車(chē)速的量化因子為，側(cè)傾控制閥門(mén)開(kāi)度的基本論域是[0，1]，模糊論域?yàn)椋? (0,1,...,3-1,3），側(cè)傾控制閥門(mén)開(kāi)度的量化因子為，輸入變量的量化因子等于=1/max 、=2/max輸出控制量的比例因子等于=max/3，將方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度的模糊論域并劃分為負(fù)大()、負(fù)中()、負(fù)小()、負(fù)極小()、零()、極小()、小()、中()、大()九個(gè)模糊子集，車(chē)速分為極小()、小()、中()、大()、極大()五個(gè)模糊子集，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度并劃分為極小(1)、小(2)、中(3)、大(4)、極大(5)五個(gè)模糊子集，并定義隸屬函數(shù)為三角形隸屬函數(shù)。并劃分為極負(fù)大()、負(fù)中()、負(fù)小()、負(fù)極小()、零()、極小()、小()、中()、大()九個(gè)模糊子集。

建立模糊控制規(guī)則，當(dāng)車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為1；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為1；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為1；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為、俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4。

車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為1；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4。

車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為2；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5。

車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為3；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5。

車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、剎車(chē)踏板位移為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為4；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5；車(chē)速為、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度為時(shí)，俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度為5。

將其輸入模糊控制箱中便可得輸入與輸出關(guān)系，車(chē)速、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度、俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度關(guān)系如圖4所示。

圖4 車(chē)速、方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度、俯仰控制閥門(mén)開(kāi)度關(guān)系圖

3 試驗(yàn)與分析

使用AMESim所搭建的整車(chē)物理模型和互聯(lián)阻尼器模型與Matlab進(jìn)行聯(lián)合仿真。首先AMEsim中外接的車(chē)速、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角、剎車(chē)踏板位移的數(shù)據(jù)接口對(duì)車(chē)輛行駛時(shí)的所屬狀態(tài)進(jìn)行輸入。再利用AMESim中建立聯(lián)合仿真的接口，將轉(zhuǎn)向盤(pán)角度、剎車(chē)踏板位移與車(chē)速作為Simulink控制模塊的輸入，俯仰閥門(mén)、側(cè)傾閥門(mén)和垂向閥門(mén)的位移作為輸出。

利用Matlab創(chuàng)建模糊控制模型，將搭建好的模糊控制器導(dǎo)入到模型當(dāng)中，將AMESim中輸出的車(chē)速與方向盤(pán)角速度信號(hào)輸入到模糊控制中，模糊控制的輸出連接至AMESim模型的輸入中，建立起聯(lián)合仿真，仿真結(jié)束后，得到仿真結(jié)果。

仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)置兩種模擬場(chǎng)景，蛇形繞樁，緊急剎車(chē)進(jìn)行測(cè)試。

蛇形繞樁仿真測(cè)試結(jié)果：設(shè)置仿真車(chē)速為 40 km/h，方向盤(pán)輸入值設(shè)置為50°，并以0.15 Hz頻率進(jìn)行蛇形繞樁測(cè)試，得出懸掛高度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)開(kāi)啟前，車(chē)身方向轉(zhuǎn)換的回彈高度為29.71 cm，壓縮高度為9.83 cm，系統(tǒng)開(kāi)啟后回彈高度降至28.56 cm，壓縮高度提高至11.20 cm，可換算成回彈行程減少1.15 cm，壓縮行程減少1.37 cm，側(cè)傾角度減小。

緊急剎車(chē)仿真測(cè)試結(jié)果：設(shè)置仿真車(chē)速為 40 km/h，后緊急剎車(chē)至0 km/h，得出懸掛高度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)開(kāi)啟前，緊急剎車(chē)狀態(tài)下前后輪平均高度差為42.68 cm，系統(tǒng)開(kāi)啟后，前后輪平均高度差為33.14 cm，系統(tǒng)開(kāi)啟后平均高度降低9.54 cm。

通過(guò)對(duì)比蛇形繞樁，緊急剎車(chē)的仿真結(jié)果得出結(jié)論，全輪互聯(lián)懸掛系統(tǒng)相較于普通底盤(pán)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)擁有更優(yōu)越的性能，懸掛系統(tǒng)通過(guò)對(duì)車(chē)身姿態(tài)數(shù)據(jù)檢測(cè)，并通過(guò)模糊控制器反饋給阻尼控制系統(tǒng)可以改善汽車(chē)的行駛舒適性和駕駛平穩(wěn)性，滿(mǎn)足優(yōu)化性能的設(shè)計(jì)目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)主動(dòng)液壓懸掛進(jìn)行了研究并進(jìn)行改進(jìn)，使其可以與制動(dòng)系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行信息互通，再通過(guò)液壓阻尼器互聯(lián)特定管路控制的方式實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛的主動(dòng)可調(diào)功能，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)表明，全輪互聯(lián)懸掛系統(tǒng)在汽車(chē)制動(dòng)或拐彎時(shí)的慣性引起彈簧變形時(shí)，主動(dòng)懸掛系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與慣力相對(duì)抗的力，減少車(chē)身位置的變化，符合設(shè)計(jì)需求，并超越普通懸掛系統(tǒng)，可有效改善車(chē)輛穩(wěn)定性。

主動(dòng)液壓懸掛未來(lái)仍有可以探索的潛力。基于對(duì)目前液壓主動(dòng)懸掛的探索和研究，坦克火炮上的雙向或三向穩(wěn)定系統(tǒng)是十分值得借鑒的，其由陀螺儀、信號(hào)放大器、功率放大器、電機(jī)或液壓馬達(dá)、動(dòng)力缸組成，并在垂直和水平方向上的電回路都存在獨(dú)立的陀螺儀，只要其感受到該方向上的干擾力矩影響火炮穩(wěn)定，就會(huì)通過(guò)放大器觸發(fā)一個(gè)與之相反的力矩來(lái)糾正火炮角度。提升火炮穩(wěn)定性，其原理同樣適用于家用轎車(chē)，若可將全輪互聯(lián)阻尼器與動(dòng)力缸置換，并使懸掛系統(tǒng)具有主動(dòng)活動(dòng)能力，其可以實(shí)現(xiàn)功能的多元化。

[1] 王恩慧.汽車(chē)減震器的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].科技資訊,2021,19(12):78-80.

[2] 沈安誠(chéng).基于多智能體理論的橫向互聯(lián)空氣懸架協(xié)同控制研究[D].鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué),2020.

[3] 蔣連瓊,翁夢(mèng)飛.汽車(chē)減震器的建模與模態(tài)分析[J].湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,29(4):36-39.

[4] 林德昭.集成式油氣減震器聯(lián)通工作模式的建模與動(dòng)力學(xué)分析[D].泉州:華僑大學(xué),2020.

[5] 穆增國(guó).某型汽車(chē)減震器阻尼特性研究與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].太原:中北大學(xué),2021.

[6] 余一凡,陳雙.基于AMESim的不同結(jié)構(gòu)液壓互聯(lián)懸架性能仿真分析[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2022,47(3):120- 126.

Design of All-wheel Interconnected Suspension System

SHAN Weicong, FENG Wendi, ZHOU Jinwei*

( College of Mechanical and Electrical Engineering, Guangdong Baiyun University, Guangzhou 510450, China )

In recent years, the automobile industry has developed rapidly. With the support of national strategic goals such as carbon neutralization and carbon peaking, electric vehicles are increasing. With the large capacity battery, the vehicle weight will increase while bringing long endurance, and the vehicle stability and comfort will decrease accordingly.The all-wheel interconnected suspension described in this paper studies how to improve the vehicle's driving stability and comfort.The damper of the whole vehicle is connected through the hydraulic pipeline, and the flow is controlled by the flow limiting valve.By identifying the driving attitude of the vehicle and the driver's intention, the pressure of the specific pipeline is adjusted, so as to improve the damping under specific circumstances, and reduce the vehicle's roll pitch without losing the vehicle's comfort, thereby enhancing the vehicle's stability and improving the vehicle's handling.

All-wheel interconnected suspension;Fuzzy control;Experimental analysis;Vehicle's stability

U463.33

A

1671-7988(2022)23-77-06

U463.33

A

1671-7988(2022)23-77-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.023.014

單煒聰（2000—），男，研究方向?yàn)锳WIS全輪互聯(lián)懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)，E-mail:13902648598@163.com。

周金偉（1990—），男，碩士，講師，E-mail:zhou03762011@sina.com。

2021年廣東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（S202110822037X）。