CN105599558A - 一种电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制方法，包括步骤：(1)分别利用车身高度传感器和陀螺仪获取车辆四角处实时车身高度信号以及反映整车姿态的车身俯仰角和侧倾角实时信号；(2)将所述车身高度信号以及车身俯仰角和侧倾角信号传输给系统控制器；(3)控制器首先根据预先设定的车高调节控制策略确定相应电磁阀在单位采样时间内的通断状态，而后根据预先设定的整车姿态控制策略以及脉宽调制技术对相应电磁阀在单位采样时间内的开启状态持续时间进行修正，从而得出各电磁阀实际开启状态的占空比；(4)控制器将相应电磁阀的控制信号传输给电磁阀，完成车高调节及整车姿态联合控制过程中电磁阀通断状态的实时控制。

Description

一种电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制方法
技术领域
本发明涉及一种电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制方法，特指是在满足车身高度有效调节的同时，还能实现车高调节过程中整车姿态良好控制的方法。
背景技术
电控空气悬架能够大幅度改善车辆悬架综合性能，已成为汽车悬架领域的应用热点，其通过采用电子控制技术实现悬架刚度、阻尼等多个特性的主动调节，其中，车身高度调节是其特色功能之一。系统通过对空气弹簧进行充放气，不仅能够在车辆高速行驶时通过降低车身高度提高车辆贴地性能，降低风阻和油耗，同时还能在崎岖道路上低速行驶时通过提升车身高度降低悬架撞击限位概率，提高车辆行驶通过性。
在电控空气悬架车高调节系统中，空气弹簧的充放气是由高速开关电磁阀进行控制，但由于电磁阀的进、出气口较大，因此，无论电磁阀的反应有多么灵敏，都有可能会有过量的气体充入或者放出气囊，从而导致车身高度偏离期望目标高度。与此同时，如果一旦车身高度偏离目标值便进行车高调节，便会导致电磁阀通断状态频繁切换以及车身高度目标值附近的振荡现象。因此，制定合理的车高调节控制策略对于实现车身高度的有效调节具有重要意义。
此外，由于整车簧载质量分布不均且随机变化，以及前后空气悬架车高调节系统参数(包括管路长度和直径)的不同，必将造成车辆四角处车高调节不同步，从而导致车身俯仰角和侧倾角过大，不仅严重影响整车姿态的稳定性，还会导致乘客乘坐舒适性降低。因此，在车高调节过程中，针对车辆四角处车高调节不同步的现象，还需设计相应的整车姿态控制策略对其进行有效控制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制方法，在实现车身高度有效调节的同时，进一步通过整车姿态控制策略对车辆四角处车高调节进行修正，从而实现车高调节过程中的整车姿态控制。
为达成上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制方法，包括以下步骤，
(1)分别利用车身高度传感器和陀螺仪获取车辆四角处实时车身高度信号以及反映整车姿态的车身俯仰角和车身侧倾角实时信号；
(2)将所述车身高度信号以及车身俯仰角和侧倾角实时信号传输给系统控制器；
(3)所述系统控制器中预先设有车高调节控制策略和整车姿态控制策略，控制器首先根据实时车身高度信号和所述车高调节控制策略确定车高调节系统中充气电磁阀、放气电磁阀以及空气弹簧电磁阀等元件的通断状态，而后控制器再根据所述车身俯仰角和侧倾角实时信号以及整车姿态控制策略和脉宽调制技术对四个空气弹簧电磁阀在单位采样时间内的开启状态持续时间进行修正，从而得出各电磁阀实际开启状态的占空比；
(4)所述系统控制器最后将相应电磁阀的实际控制信号传输给电磁阀，完成车高调节及整车姿态联合控制过程中电磁阀通断状态的实时控制。
优选地，所述车高调节控制策略如下(以左前轮处车高调节为例，其余轮处类似)：
(1)为避免车高调节动作被频繁执行，在目标车身高度值附近设立车高调节滞回区间[ho-h1，ho+h1]，其中，ho为目标车身高度，h1为滞回区间设定值；为防止因空气弹簧过充或过放引起的车身高度过调节，在目标车身高度值附近同时设立允许调节误差[-he，+he]，其中，he为允许误差设定值；
(2)通过比较左前轮处车身高度实时信号和目标车身高度调节滞回区间，确定系统将要执行的调节动作，即，当h≤ho-h1时，车高上升；当h≥ho+h1时，车高下降；其中，h为当前车身高度；
(3)若车高需要上升，在上升过程中，当h＝ho-he时，则上升过程结束；若车高需要下降，在下降过程中，当h＝ho+he时，则下降过程结束；
(4)在车高上升过程中，充气电磁阀和左前轮处空气弹簧电磁阀打开，放气电磁阀关闭；在车高下降过程中，放气电磁阀和空气弹簧电磁阀打开，充气电磁阀关闭。
上述步骤的目的在于实现车身高度有效调节的同时，还能实现电磁阀开关状态的直接控制。
优选地，所述整车姿态控制策略如下：
(1)分别设立针对车身俯仰角和侧倾角的整车姿态调节滞回区间，即和[-θe，+θe]，其中，和θe分别为车身俯仰角和侧倾角的滞回区间设定值；同时针对车身俯仰和侧倾分别设置空气弹簧电磁阀开启状态占空比修正量和θPWM；
(2)定义车身俯仰角和侧倾角的正负：根据车辆前进方向，若车身前面高后面低，则俯仰角为正，反之即为负；若车身左边高右边低，则侧倾角为正，反之即为负；
(3)在车高上升过程中，若θ＞+θe且则空气弹簧电磁阀开启状态占空比的修正规则为PWM-rl＝δrl-θPWM、PWM-rr＝δrr，其中，PWM-fl、PWM-fr、PWM-rl、PWM-rr分别为左前、右前、左后和右后空气弹簧电磁阀开启状态的占空比，δfl、δfr、δrl和δrr分别为由车高调节策略确定的各空气弹簧电磁阀的通断状态，若空气弹簧电磁阀的状态为闭合，则不对其状态进行修正，下同；若θ＞+θe且则PWM-fl＝δfl-θPWM、PWM-fr＝δfr、若θ＜-θe且则PWM-rl＝δrl、PWM-rr＝δrr-θPWM；若θ＜-θe且则PWM-fl＝δfl、PWM-fr＝δfr-θPWM、
(4)在车高下降过程中，若θ＞+θe且则PWM-fl＝δfl、PWM-fr＝δfr-θPWM、若θ＞+θe且则 PWM-rl＝δrl、PWM-rr＝δrr-θPWM；若θ＜-θe且则PWM-fl＝δfl-θPWM、PWM-fr＝δfr、若θ＜-θe且则PWM-rl＝δrl-θPWM、PWM-rr＝δrr。
上述步骤的目的在于基于电磁阀开关状态占空比的有效调节实现整车姿态的良好控制。
优选地，为节约能耗同时降低系统运行过程产生的噪音，当车速大于40km/h时，车高上升过程中的高压气源由压缩机提供，当车速小于等于40km/h时，车高上升过程中的高压气源由储气罐提供。
优选地，所述车高调节滞回区间设定值h1设定为3.5mm，所述允许误差设定值he设定为2mm。所设置相关参数可针对特定车辆实现车高调节精度的有效提升。
优选地，所述针对车身俯仰角和侧倾角的整车姿态调节滞回区间分别设定为 θe＝0.05rad，所述空气弹簧电磁阀开启状态占空比的修正量和θPWM分别设定为0.15和0.2。所设置相关参数可针对特定车辆实现整车姿态控制效果的有效提升。
优选地，车高调节和整车姿态控制包含但不仅限于以电控空气悬架的形式实现，也可以以其他形式，如电控油气悬架等，这都应理解为不超过所附权利的要求范围。
由以上本发明的技术方案可知，其有益效果在于首先通过设置合理的车高调节控制策略确定各电磁阀的通断状态，实现车身高度的有效调节，在此基础上，进一步制定针对车高调节过程中整车姿态失稳现象(车身俯仰角和侧倾角超过设定值)的姿态控制策略，通过调整相应空气弹簧电磁阀开启状态的持续时间，对车辆四角处车高调节过程进行修正，从而实现整车姿态的有效控制。
附图说明
图1为电控空气悬架整车车高调节系统结构图；
图2为电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制原理图；
图3为车高调节仿真工况设置图；
图4为车高调节仿真结果图；
图5为车身俯仰角仿真结果图；
图6为车身侧倾角仿真结果图。
图中：1-左前轮处车身高度传感器2-左前轮处减振器3-左前车身4-左前轮处空气弹簧5-左前轮处空气弹簧电磁阀6-管路7-充气电磁阀8-空气干燥器9-储气罐10-空气压缩机11-左后轮处空气弹簧电磁阀12-左后轮处空气弹簧13-左后车身14-左后轮处减振器15-左后轮处车身高度传感器16-右前轮处车身高度传感器17-右前轮处减振器18-右前车身19-右前轮处空气弹簧20-右前轮处空气弹簧电磁阀21-单向阀22-放气电磁阀23-ECU24-大气环境25-电机26-控制信号27-右后轮处空气弹簧电磁阀28-右后车身29-右后轮处空气弹簧30-右后轮处减振器31-右后轮处车身高度传感器
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，电控空气悬架整车车高调节系统主要包括左前轮处空气悬架、右前轮处空气悬架、左后轮处空气悬架、右后轮处空气悬架以及相关气动元件组成，其中，左前轮处空气悬架主要包括左前车身3、左前轮处减振器2、左前轮处空气弹簧4，左前轮处车身高度由左前轮处车身高度传感器1监测，左前轮处空气弹簧电磁阀5用于调节左前轮处空气弹簧4的充放气；右前轮处空气悬架主要包括右前车身18、右前轮处减振器17、右前轮处空气弹簧19，右前轮处车身高度由右前轮处车身高度传感器16监测，右前轮处空气弹簧电磁阀20用于调节右前轮处空气弹簧19的充放气；左后轮处空气悬架主要包括左后车身13、左后轮处减振器14、左后轮处空气弹簧12，左后轮处车身高度由左后轮处车身高度传感器15监测，左后轮处空气弹簧电磁阀11用于调节左后轮处空气弹簧12的充放气；右后轮处空气悬架主要包括右后车身18、右后轮处减振器30、右后轮处空气弹簧29，右后轮处车身高度由右后轮处车身高度传感器31监测，右后轮处空气弹簧电磁阀27用于调节右后轮处空气弹簧29的充放气。当车身高度需要上升且车速大于40km/h时，ECU23(控制器)发出控制信号26打开电机25，此时来自空气压缩机10的高压气体通过空气干燥器8和单向阀21流向管路6，若车速小于等于40km/h，充气电磁阀7打开，来自储气罐9内的高压气体流向管路6；当车身高度需要降低时，放气电磁阀22打开，管路6内的气体直接流向大气环境24。
针对图1所示的电控空气悬架整车车高调节系统，本发明提出的车身高度调节与整车姿态联合控制原理如图2所示，通过安置在车辆四角处的车身高度传感器实时监测车辆四角处车身高度，而反映整车姿态的车身俯仰角和车身侧倾角信号则由陀螺仪提供，同时为确定车身高度提升时高压气体的来源，利用车速传感器将车辆实时车速信号传输给系统控制器。
所述系统控制器中预先设有车身高度控制策略以及整车姿态控制策略，系统首先根据车高调节控制策略和车身高度实时信号对相应电磁阀的通断状态进行判定，例如，若左前轮处车身高度需要降低，则左前轮处空气弹簧电磁阀和放气电磁阀需要打开，若右前轮处车身高度需要提升且车速低于40km/h，则右前轮处空气弹簧电磁阀和充气电磁阀需要打开。在此基础上，系统进一步根据整车姿态控制策略和脉宽调制技术以及车身俯仰角及侧倾角实时信号对相应空气弹簧电磁阀在单位采样时间内的开启状态持续时间进行修正，从而得出各空气弹簧电磁阀实际开启状态的占空比，最终形成电控空气悬架车高调节及整车姿态控制过程中空气压缩机、充气电磁阀、放气电磁阀、左前空气弹簧电磁阀、右前空气弹簧电磁阀、左后空气弹簧电磁阀以及右后空气弹簧电磁阀的实时控制信号。
所述车高调节控制策略如下(以左前轮处车高调节为例，其余轮处类似)：
(1)为避免车高调节动作被频繁执行，在目标车身高度值附近设立车高调节滞回区间[ho-h1，ho+h1]，其中，ho为目标车身高度，h1为滞回区间设定值，此处设定为3.5mm；为防止因空气弹簧过充或过放引起的车身高度过调节，在目标车身高度值附近同时设立允许调节误差[-he，+he]，其中，he为允许误差设定值，此处设定为2mm；
(2)通过比较左前轮处车身高度实时信号和目标车身高度调节滞回区间，确定系统将要执行的调节动作，即，当h≤ho-h1时，车高上升；当h≥ho+h1时，车高下降；其中，h为左前轮处当前车身高度；
(3)若车高需要上升，在上升过程中，当h＝ho-he时，则上升过程结束；若车高需要下降，在下降过程中，当h＝ho+he时，则下降过程结束；
(4)在车高上升过程中，充气电磁阀和左前轮处空气弹簧电磁阀打开，放气电磁阀关闭；在车高下降过程中，放气电磁阀和空气弹簧电磁阀打开，充气电磁阀关闭。
所述整车姿态控制策略如下：
(1)分别设立针对车身俯仰角和侧倾角的整车姿态调节滞回区间，即和[-θe，+θe]，其中，和θe分别为车身俯仰角和侧倾角的滞回区间设定值，此处均设定为0.05rad；同时针对车身俯仰和侧倾分别设置空气弹簧电磁阀开启状态占空比修正量和θPWM，此处分别设定为0.15和0.2；
(2)定义车身俯仰角和侧倾角的正负：根据车辆前进方向，若车身前面高后面低，则俯仰角为正，反之即为负；若车身左边高右边低，则侧倾角为正，反之即为负；
(3)在车高上升过程中，若θ＞+θe且则空气弹簧电磁阀开启状态占空比的修正规则为PWM-rl＝δrl-θPWM、PWM-rr＝δrr，其中，PWM-fl、PWM-fr、PWM-rl、PWM-rr分别为左前、右前、左后和右后空气弹簧电磁阀开启状态的占空比，δfl、δfr、δrl和δrr分别为由车高调节策略确定的各空气弹簧电磁阀的通断状态，若空气弹簧电磁阀的状态为闭合，则不对其状态进行修正，下同；若θ＞+θe且则PWM-fl＝δfl-θPWM、PWM-fr＝δfr、若θ＜-θe且则PWM-rl＝δrl、PWM-rr＝δrr-θPWM；若θ＜-θe且则PWM-fl＝δfl、PWM-fr＝δfr-θPWM、
(4)在车高下降过程中，若θ＞+θe且则PWM-fl＝δfl、PWM-fr＝δfr-θPWM、若θ＞+θe且则 PWM-rl＝δrl、PWM-rr＝δrr-θPWM；若θ＜-θe且则PWM-fl＝δfl-θPWM、PWM-fr＝δfr、若θ＜-θe且则PWM-rl＝δrl-θPWM、PWM-rr＝δrr。
为验证所述电控空气悬架车高调节及整车姿态联合控制策略的有效性，对系统控制效果进行动态仿真，其中，仿真工况设置如图3所示，以左前轮为例，相应的车高调节仿真结果如图4所示，车高调节过程中反映整车姿态的车身俯仰角和侧倾角仿真结果分别如图5和图6。从仿真结果可以看出，所设置的车高调节策略能够对车身高度进行有效控制，整车姿态控制策略能够将车高调节过程中的车身俯仰角和侧倾角限制在设定范围内，从而有效提高了整车姿态的稳定性。
以上所述表明，本发明提出的电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制方法，不仅能够实现车身高度的有效调节，同时对于车高调节过程中的整车姿态稳定具有良好的控制效果。控制方法简单易实现，鲁棒性好，具有较强的实用性，优势显著。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，分别利用车身高度传感器和陀螺仪获取车辆四角处实时车身高度信号以及反映整车姿态的车身俯仰角和车身侧倾角实时信号；
步骤2，将所述车身高度信号以及车身俯仰角和车身侧倾角实时信号传输给系统控制器；
步骤3，所述系统控制器中预先设有车高调节控制策略和整车姿态控制策略，控制器首先根据实时车身高度信号和所述车高调节控制策略确定车高调节系统中充气电磁阀、放气电磁阀以及空气弹簧电磁阀等元件的通断状态，而后控制器再根据所述车身俯仰角和车身侧倾角实时信号以及整车姿态控制策略和脉宽调制技术对四个空气弹簧电磁阀在单位采样时间内的开启状态持续时间进行修正，从而得出各电磁阀实际开启状态的占空比；
步骤4，所述系统控制器最后将相应电磁阀的实际控制信号传输给电磁阀，完成车高调节及整车姿态联合控制过程中电磁阀通断状态的实时控制。
2.根据权利要求1所述的电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制方法，其特征在于，以左前轮处车高调节为例，其余轮处类似，所述车高调节控制策略如下：
步骤3.1，在目标车身高度值附近设立车高调节滞回区间[ho-hl，ho+hl]，其中，ho为目标车身高度，hl为滞回区间设定值；为防止因空气弹簧过充或过放引起的车身高度过调节，在目标车身高度值附近同时设立允许调节误差[-he，+he]，其中，he为允许误差设定值；
步骤3.2，通过比较左前轮处车身高度实时信号和目标车身高度调节滞回区间，确定系统将要执行的调节动作，即，当h≤ho-hl时，车高上升；当h≥ho+hl时，车高下降；其中，h为当前车身高度；
步骤3.3，若车高需要上升，在上升过程中，当h＝ho-he时，则上升过程结束；若车高需要下降，在下降过程中，当h＝ho+he时，则下降过程结束；
步骤3.4，在车高上升过程中，充气电磁阀和左前轮处空气弹簧电磁阀打开，放气电磁阀关闭；在车高下降过程中，放气电磁阀和空气弹簧电磁阀打开，充气电磁阀关闭。
3.根据权利要求1所述的电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制方法，其特征在于，所述整车姿态控制策略如下：
步骤3a，分别设立针对车身俯仰角和车身侧倾角的整车姿态调节滞回区间，即和[-θe，+θe]，其中，和θe分别为车身俯仰角和车身侧倾角的滞回区间设定值；同时针对车身俯仰和侧倾分别设置空气弹簧电磁阀开启状态占空比修正量和θPWM；
步骤3b，定义车身俯仰角和侧倾角的正负：根据车辆前进方向，若车身前面高后面低，则俯仰角为正，反之即为负；若车身左边高右边低，则侧倾角为正，反之即为负；
步骤3c，在车高上升过程中，若θ＞+θe且则空气弹簧电磁阀开启状态占空比的修正规则为PWM-rl＝δrl-θPWM、PWM-rr＝δrr，其中，PWM-fl、PWM-fr、PWM-rl、PWM-rr分别为左前、右前、左后和右后空气弹簧电磁阀开启状态的占空比，δfl、δfr、δrl和δrr分别为由车高调节策略确定的各空气弹簧电磁阀的通断状态，若空气弹簧电磁阀的状态为闭合，则不对其状态进行修正，下同；若θ＞+θe且则PWM-fl＝δfl-θPWM、PWM-fr＝δfr、 若θ＜-θe且则PWM-rl＝δrl、PWM-rr＝δrr-θPWM；若θ＜-θe且则PWM-fl＝δfl、PWM-fr＝δfr-θPWM、
步骤3d，在车高下降过程中，若θ＞+θe且则PWM-fl＝δfl、PWM-fr＝δfr-θPWM、若θ＞+θe且则 PWM-rl＝δrl、PWM-rr＝δrr-θPWM；若θ＜-θe且则PWM-fl＝δfl-θPWM、PWM-fr＝δfr、若θ＜-θe且则PWM-rl＝δrl-θPWM、PWM-rr＝δrr。
4.根据权利要求1所述的电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制方法，其特征在于，还包括当车速大于40km/h时，车高上升过程中的高压气源由压缩机提供，当车速小于等于40km/h时，车高上升过程中的高压气源由储气罐提供。
5.根据权利要求2所述的电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制方法，其特征在于，所述车高调节滞回区间设定值hl设定为3.5mm，所述允许误差设定值he设定为2mm。
6.根据权利要求3所述的电控空气悬架车身高度调节与整车姿态联合控制方法，其特征在于，所述车身俯仰角和车身侧倾角的滞回区间设定值分别设定为θe＝0.05rad，所述空气弹簧电磁阀开启状态占空比的修正量和θPWM分别设定为0.15和0.2。
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