CN104097482B - 汽车ecas控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车ECAS控制方法，以及汽车ECAS控制装置。本发明旨在提供一种提高车辆在紧急躲避障碍物、转弯等时车辆操纵稳定性和安全性的汽车ECAS控制方法和装置。本发明提供一种汽车ECAS控制方法，其包括如下步骤：通过车速传感器确定空气悬架总成中的空气弹簧理论高度；根据汽车行驶稳定状态，确定左空气弹簧目标高度和右空气弹簧目标高度，其中：H_L＝H_O，H_R＝H_O；根据左空气弹簧高度传感器发送的左空气弹簧高度值和左空气弹簧目标高度确定左空气弹簧高度误差，其中：ΔH_L＝H_LS-H_L；根据右空气弹簧高度传感器发送的右空气弹簧高度值和右空气弹簧目标高度确定右空气弹簧高度误差，其中：ΔH_R＝H_RS-H_R。

Description

汽车ECAS控制方法和装置

技术领域

本发明涉及一种汽车领域中的电控方法，特别涉及一种汽车ECAS控制方法，以及汽车ECAS控制装置。

背景技术

电子控制空气悬架系统(electronic-controlledairsuspension，以下简称ECAS)具有根据行驶工况来主动调节悬架高度，使得车辆能根据不同的路况条件选择不同的车身高度，与机械式高度阀控制的传统空气悬架相比能够适应更多的行驶工况。ECAS系统主要由电子控制单元(ECU)、电磁阀、高度传感器、减振器、导向机构、空气弹簧等部件组成。它的基本工作原理是高度传感器负责检测车辆高度(车架和车桥间的距离)的变化，并把这一信息传递给ECU，然后ECU综合所输入信息，判断当前车辆状态按照其内部的控制逻辑，激发电磁阀工作，电磁阀实现对各个空气弹簧的充放气调节。ECAS不仅能提高乘坐舒适性，而且还能减少车轮对路面破坏程度，因此ECAS在欧美发达国家的大客车、载重汽车和高档乘用车上已得到广泛应用，各大著名汽车生产企业均有自己的相关ECAS产品。货车载重量大，对路面破坏程度大，采用ECAS能大幅度减少车轮对路面破坏，因此在货车装备ECAS具有重要的意义。

现有ECAS主要进行车身高度控制，当车辆在紧急躲避障碍物、转弯等时容易出现横摆不稳定状况，车辆会偏离理想轨迹，车辆操纵稳定性和安全性不强，因此现有ECAS具有一定的局限性。

发明内容

为了克服现有汽车ECAS的局限性和不足，本发明旨在提供一种提高车辆在紧急躲避障碍物、转弯等时车辆操纵稳定性和安全性的汽车ECAS控制方法和装置。

为了解决上述问题，本发明提供一种汽车ECAS控制方法，其特征在于包括如下步骤：

通过车速传感器确定空气悬架总成中的空气弹簧理论高度；

根据汽车行驶稳定状态，确定左空气弹簧目标高度和右空气弹簧目标高度，其中：H_L＝H_O，H_R＝H_O；

根据左空气弹簧高度传感器发送的左空气弹簧高度值和左空气弹簧目标高度确定左空气弹簧高度误差，其中：ΔH_L＝H_LS-H_L；

根据右空气弹簧高度传感器发送的右空气弹簧高度值和右空气弹簧目标高度确定右空气弹簧高度误差，其中：ΔH_R＝H_RS-H_R；

当左空气弹簧高度误差的绝对值大于空气弹簧高度临界值时，车身控制器控制电磁阀对左空气悬架进行充放气操作；以及

当右空气弹簧高度误差的绝对值大于空气弹簧高度临界值时，车身控制器控制电磁阀对右空气悬架进行充放气操作。

本发明还提供一种汽车ECAS控制装置，其特征在于包括：车身控制器、方向盘转角传感器、横摆角速度传感器、变速箱输出轴转速传感器、左空气弹簧高度传感器、右空气弹簧高度传感器、电磁阀组、左空气悬架总成和右空气悬架总成；

方向盘转角传感器、横摆角速度传感器、变速箱输出轴转速传感器、左空气弹簧高度传感器和右空气弹簧高度传感器分别与车身控制器的信号输入端电连接，车身控制器的信号输出端与电磁阀组的信号输入端电连接，电磁阀组的出气口分别与左空气悬架总成和右空气悬架总成中的空气弹簧连接，用于控制空气弹簧的充放气；

车身控制器根据左空气弹簧高度传感器发送的左空气弹簧高度值和左空气弹簧目标高度确定左空气弹簧高度误差，其中：ΔH_L＝H_LS-H_L；

车身控制器根据右空气弹簧高度传感器发送的右空气弹簧高度值和右空气弹簧目标高度确定右空气弹簧高度误差，其中：ΔH_R＝H_RS-H_R；

当左空气弹簧高度误差的绝对值大于空气弹簧高度临界值时，车身控制器控制电磁阀组对左空气悬架总成进行充放气操作；

当右空气弹簧高度误差的绝对值大于空气弹簧高度临界值时，车身控制器控制电磁阀组对右空气悬架总成进行充放气操作。

本发明的有益效果是：在现有高度控制ECAS基础上，只需要增加方向盘转角、横摆角速度传感器、电磁阀组等部件，并对控制逻辑进行改进就可以实现本发明功能，通过控制空气弹簧悬架高度，操作性强，提高车辆操纵稳定性和安全性。

此外，本发明的汽车ECAS系统在车辆紧急躲避障碍物、转弯等出现不稳定状况时，通过适当的控制策略使后桥左右两侧空气悬架高度不同，两侧驱动轮载荷发生变化而引起滚动阻力不同，从而产生一个反向横摆力矩，帮助车辆克服偏离理想轨迹的倾向，进一步提高车辆操纵稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明的汽车ECAS控制方法的流程图；

图2为本发明的汽车ECAS控制装置的结构方框图；

图3为本发明中的电磁阀组的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步地说明。

如图1所示，本发明的汽车ECAS控制方法，该方法在车辆紧急躲避障碍物、转弯等出现不稳定状况时，通过适当的控制策略使后桥左右两侧空气悬架高度不同，两侧驱动轮载荷发生变化而引起滚动阻力不同，从而产生一个反向横摆力矩，帮助车辆克服偏离理想轨迹的倾向，可提高车辆在紧急躲避障碍物、转弯等时车辆操纵稳定性和安全性。其包括如下步骤：

步骤101，通过车速传感器确定空气悬架总成中的空气弹簧理论高度H_O。可基于车辆操纵稳定性，或根据道路试验确定不同车速对应的空气弹簧理论高度。

步骤102，通过车速传感器和方向盘转角传感器确定目标横摆角速度ω_o。通常该横摆角速度值为正值，说明车辆右偏，若为负值，说明车辆左偏。该目标横摆角速度ω_o优选可由公式：确定，其中：m为车辆的质量，v为汽车速度，δ为方向盘转角，J₂、J₁为前、后轴的侧偏刚度，a、b为质心到前、后轴距离，L为前后轴距。

步骤103，通过横摆角速度传感器发送的当前横摆角速度ω和目标横摆角速度ω_o确定横摆角速度误差Δω，其中：Δω＝ω-ω_o。

步骤104，获取汽车行驶稳定状态，用于确定左空气弹簧目标高度H_L和右空气弹簧目标高度H_R。其中，汽车的行驶稳定状态需要通过横摆角速度误差Δω确定。

当横摆角速度误差Δω的绝对值大于横摆角速度临界值ω_ξ时，则认为汽车处于不稳定行驶状态，在该种状态下，执行步骤105：当横摆角速度误差Δω大于0时，说明车辆出现向右偏离理想轨迹的倾向，右侧空气弹簧高度应该比左侧空气弹簧高度高，由此确定左空气弹簧目标高度H_L和右空气弹簧目标高度H_R，其中：H_L＝H_O，H_R＝H_O+H_J，H_J为空气弹簧高度加权值。相反的，当横摆角速度误差Δω小于0时，说明车辆出现向左偏离理想轨迹的倾向，左侧空气弹簧高度应该比右侧空气弹簧高度高，由此确定左空气弹簧目标高度H_L和右空气弹簧目标高度H_R，其中：H_L＝H_O+H_J，H_R＝H_O。

当横摆角速度误差Δω的绝对值不大于横摆角速度临界值ω_ξ时，说明车辆处于稳定的行驶状态，在该种状态下，执行步骤106：确定左空气弹簧目标高度H_L和右空气弹簧目标高度H_R，其中：H_L＝H_O，H_R＝H_O。

该空气弹簧高度加权值H_J可由公式：H_J＝K₁Δω确定，其中：K₁＝200～500毫米·秒/弧度。该横摆角速度临界值ω_ξ优选可在0.01～0.03弧度/秒范围内选取。

步骤107，根据左空气弹簧高度传感器发送的左空气弹簧高度值H_LS和左空气弹簧目标高度H_L确定左空气弹簧高度误差ΔH_L，其中：ΔH_L＝H_LS-H_L。

步骤108，根据右空气弹簧高度传感器发送的右空气弹簧高度值H_RS和右空气弹簧目标高度H_R确定右空气弹簧高度误差ΔH_R，其中：ΔH_R＝H_RS-H_R。

当左空气弹簧高度误差ΔH_L的绝对值大于空气弹簧高度临界值H_ξ时，执行步骤109：确定充放气时间t₀，车身控制器控制电磁阀在该充放气时间t₀内对左空气悬架进行充放气操作。

当右空气弹簧高度误差ΔH_R的绝对值大于空气弹簧高度临界值H_ξ时，执行步骤110：确定充放气时间t₀，车身控制器控制电磁阀在该充放气时间t₀内对右空气悬架进行充放气操作。

这里，充放气时间t₀可由公式：t₀＝KΔH_L或KΔH_R确定，其中K可由电磁阀开口截面积实验确定，这里K＝20～50毫秒/毫米。该空气弹簧高度临界值H_ξ可在2～5毫米范围内选取。

在汽车处于不稳定行驶状态下，当横摆角速度误差Δω大于0时，由于对右侧弹簧进行了一个高度加权，最终造成右侧空气弹簧高度比左侧空气弹簧高度高，两个后轮载荷发生变化而造成滚动阻力不同，从而引起右后轮实际驱动力大于左后轮实际驱动力，产生相应的纠偏力矩，使车辆回到理想轨迹。相反，如果车辆出现向左偏离理想轨迹的倾向时，即横摆角速度误差Δω小于0时，左侧空气弹簧高度应该比右侧空气弹簧高度高，对左侧弹簧进行了一个高度加权，最终两个后轮载荷发生变化而造成滚动阻力不同，从而引起左侧后轮实际驱动力大于右侧后轮实际驱动力，产生相应的纠偏力矩，使车辆回到理想轨迹。此外，空气弹簧高度误差的绝对值大于空气弹簧高度临界值H_ξ时，当该高度误差大于0时，进行放气操作，小于0时，进行充气操作。车身控制器控制电磁阀在对空气悬架进行充放气控制操作为本领域人员的公知常识，在此不做详细描述。

如图2所示，本发明还涉及一种汽车ECAS控制装置，其包括：车身控制器(ECU)、方向盘转角传感器、横摆角速度传感器、变速箱输出轴转速传感器、左空气弹簧高度传感器、右空气弹簧高度传感器、电磁阀组、左空气悬架总成和右空气悬架总成，每个空气悬架总成均包括空气弹簧、减震器和导向机构等部件。

具体连接关系为：方向盘转角传感器、横摆角速度传感器、变速箱输出轴转速传感器、左空气弹簧高度传感器和右空气弹簧高度传感器分别与车身控制器的信号输入端电连接，车身控制器的信号输出端与电磁阀组的信号输入端电连接，电磁阀组的出气口分别与左空气悬架总成和右空气悬架总成中的空气弹簧连接，用于控制空气弹簧的充放气。

车身控制器根据左空气弹簧高度传感器发送的左空气弹簧高度值H_LS和左空气弹簧目标高度H_L确定左空气弹簧高度误差ΔH_L，其中：ΔH_L＝H_LS-H_L。车身控制器根据右空气弹簧高度传感器发送的右空气弹簧高度值H_RS和右空气弹簧目标高度H_R确定右空气弹簧高度误差ΔH_R，其中：ΔH_R＝H_RS-H_R。

当左空气弹簧高度误差ΔH_L的绝对值大于空气弹簧高度临界值H_ξ时，车身控制器控制电磁阀组对左空气悬架总成进行充放气操作。当右空气弹簧高度误差ΔH_R的绝对值大于空气弹簧高度临界值H_ξ时，车身控制器控制电磁阀组对右空气悬架总成进行充放气操作。该空气弹簧高度临界值H_ξ可在2～5毫米范围内选取。

结合图2和图3，优选地，该横摆角速度传感器可以采用奥迪A4的横摆率传感器、该车身控制器包括单片机，该电磁阀组的型号为：WABCO4729000530，其包括：一个中央通气阀、一个左电磁阀和一个右电磁阀，其中：该中央通气阀为两位三通电磁阀，左电磁阀和右电磁阀均为两位两通电磁阀。

该中央通气阀1的进气口11通过一个单向阀与储气罐连接，出气口与排气口4连接，其双向气口(进气、出气)分别与左电磁阀2和右电磁阀3的进气口连接，左电磁阀2的出气口22与左空气弹簧连接，右电磁阀3的出气口23与右空气弹簧连接，21端口不用。中央通气阀、左电磁阀和右电磁阀的信号输入端分别与车身控制器的信号输出端电连接。

初始状态下，三个阀体均不通电，均处于闭合状态。当左空气悬架总成需要充气时，车身控制器控制中央通气阀1、左电磁阀2通电开启，当左空气悬架总成需要放气时，车身控制器控制中央通气阀断电1、左电磁阀2通电，当不需要充放气时，只需要断开左电磁阀通2即可。类似的，当右空气悬架总成需要充气时，车身控制器控制中央通气阀1、右电磁阀3通电开启，当右空气悬架总成需要放气时，车身控制器控制中央通气阀断电1、右电磁阀3通电。

上述实施例只是为了方便说明而举例，本发明所主张的权利范围应以权利要求书为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种汽车ECAS控制方法，其特征在于包括如下步骤：

通过车速传感器确定空气悬架总成中的空气弹簧理论高度H_O；

汽车处于稳定行驶状态时，确定左空气弹簧目标高度H_L和右空气弹簧目标高度H_R，其中：H_L＝H_O，H_R＝H_O；

根据左空气弹簧高度传感器发送的左空气弹簧高度值H_LS和左空气弹簧目标高度H_L确定左空气弹簧高度误差ΔH_L，其中：ΔH_L＝H_LS-H_L；

根据右空气弹簧高度传感器发送的右空气弹簧高度值H_RS和右空气弹簧目标高度H_R确定右空气弹簧高度误差ΔH_R，其中：ΔH_R＝H_RS-H_R；

当左空气弹簧高度误差ΔH_L的绝对值大于空气弹簧高度临界值H_ξ时，车身控制器控制电磁阀对左空气悬架进行充放气操作；以及

当右空气弹簧高度误差ΔH_R的绝对值大于空气弹簧高度临界值H_ξ时，车身控制器控制电磁阀对右空气悬架进行充放气操作。

2.根据权利要求1所述的汽车ECAS控制方法，其特征在于还包括如下步骤：

通过车速传感器和方向盘转角传感器确定目标横摆角速度ω_o；

通过横摆角速度传感器发送的当前横摆角速度ω和目标横摆角速度ω_o确定横摆角速度误差Δω，其中：Δω＝ω-ω_o；

当横摆角速度误差Δω的绝对值大于横摆角速度临界值ω_ξ时，则认为汽车处于不稳定行驶状态；

当汽车处于不稳定行驶状态时，当横摆角速度误差Δω大于0时，确定左空气弹簧目标高度H_L和右空气弹簧目标高度H_R，其中：H_L＝H_O，H_R＝H_O+H_J；当横摆角速度误差Δω小于0时，确定左空气弹簧目标高度H_L和右空气弹簧目标高度H_R，其中：H_L＝H_O+H_J，H_R＝H_O；

其中：H_J为空气弹簧高度加权值。

3.根据权利要求2所述的汽车ECAS控制方法，其特征在于：所述空气弹簧高度加权值H_J由公式：H_J＝K₁Δω确定，其中：K₁＝200～500毫米·秒/弧度。

4.根据权利要求1或2所述的汽车ECAS控制方法，其特征在于还包括如下步骤：

当左、右空气弹簧高度误差的绝对值大于空气弹簧高度临界值H_ξ时，确定充放气时间t₀，车身控制器控制电磁阀在该充放气时间t₀内对左、右空气悬架进行充放气操作。

5.根据权利要求4所述的汽车ECAS控制方法，其特征在于：所述充放气时间t₀由公式：t₀＝KΔH_L或KΔH_R确定，其中K＝20～50毫秒/毫米。

6.根据权利要求2所述的汽车ECAS控制方法，其特征在于：所述目标横摆角速度ω_o由公式：确定，其中：m为车辆的质量，v为汽车速度，δ为方向盘转角，J₂、J₁为前、后轴的侧偏刚度，a、b为质心到前、后轴距离，L为前后轴距。

7.根据权利要求2所述的汽车ECAS控制方法，其特征在于：所述横摆角速度临界值ω_ξ为0.01～0.03弧度/秒；所述空气弹簧高度临界值H_ξ为2～5毫米。

8.一种汽车ECAS控制装置，其特征在于包括：车身控制器、方向盘转角传感器、横摆角速度传感器、变速箱输出轴转速传感器、左空气弹簧高度传感器、右空气弹簧高度传感器、电磁阀组、左空气悬架总成和右空气悬架总成；

方向盘转角传感器、横摆角速度传感器、变速箱输出轴转速传感器、左空气弹簧高度传感器和右空气弹簧高度传感器分别与车身控制器的信号输入端电连接，车身控制器的信号输出端与电磁阀组的信号输入端电连接，电磁阀组的出气口分别与左空气悬架总成和右空气悬架总成中的空气弹簧连接，用于控制空气弹簧的充放气；

车身控制器根据左空气弹簧高度传感器发送的左空气弹簧高度值H_LS和左空气弹簧目标高度H_L确定左空气弹簧高度误差ΔH_L，其中：ΔH_L＝H_LS-H_L；

车身控制器根据右空气弹簧高度传感器发送的右空气弹簧高度值H_RS和右空气弹簧目标高度H_R确定右空气弹簧高度误差ΔH_R，其中：ΔH_R＝H_RS-H_R；

当左空气弹簧高度误差ΔH_L的绝对值大于空气弹簧高度临界值H_ξ时，车身控制器控制电磁阀组对左空气悬架总成进行充放气操作；

当右空气弹簧高度误差ΔH_R的绝对值大于空气弹簧高度临界值H_ξ时，车身控制器控制电磁阀组对右空气悬架总成进行充放气操作。

9.根据权利要求8所述的汽车ECAS控制装置，其特征在于：所述电磁阀组包括：中央通气阀、左电磁阀和右电磁阀，其中：该中央通气阀为两位三通电磁阀，左电磁阀和右电磁阀均为两位两通电磁阀；

该中央通气阀的进气口与储气罐连接，出气口与排气口连接，双向气口分别与左电磁阀和右电磁阀的进气口连接，左电磁阀出气口与左空气弹簧连接，右电磁阀出气口与右空气弹簧连接；中央通气阀、左电磁阀和右电磁阀的信号输入端分别与车身控制器的信号输出端电连接；

当左空气悬架总成需要充气时，车身控制器控制中央通气阀和左电磁阀通电开启，当左空气悬架总成需要放气时，车身控制器控制中央通气阀断电，左电磁阀通电开启；

当右空气悬架总成需要充气时，车身控制器控制中央通气阀和右电磁阀通电开启，当右空气悬架总成需要放气时，车身控制器控制中央通气阀断电，右电磁阀通电开启。

10.根据权利要求8或9所述的汽车ECAS控制装置，其特征在于：所述车身控制器包括单片机，所述电磁阀组的型号为：WABCO4729000530；所述空气弹簧高度临界值H_ξ为2～5毫米。