CN110341413B - 一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统 - Google Patents

一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110341413B
CN110341413B CN201910540243.7A CN201910540243A CN110341413B CN 110341413 B CN110341413 B CN 110341413B CN 201910540243 A CN201910540243 A CN 201910540243A CN 110341413 B CN110341413 B CN 110341413B
Authority
CN
China
Prior art keywords
control
vehicle body
air
air suspension
height
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910540243.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110341413A (zh
Inventor
殷春芳
施德华
张军
汪少华
孙晓强
翟旭辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201910540243.7A priority Critical patent/CN110341413B/zh
Publication of CN110341413A publication Critical patent/CN110341413A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110341413B publication Critical patent/CN110341413B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/018—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the use of a specific signal treatment or control method
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00—Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/25—Stroke; Height; Displacement
    • B60G2400/252—Stroke; Height; Displacement vertical

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统，该方法所采用系统包含虚拟控制输入求解模块、实际控制输入求解模块以及电磁阀控制信号求解模块，虚拟控制输入求解模块通过引入基于分数幂参数的控制律获取使状态变量有限时间快速收敛的虚拟控制输入；实际控制输入求解模块根据系统数学模型和虚拟控制输入获取实际控制输入，进一步地，由电磁阀控制信号求解模块根据实际控制输入与不同电磁阀PWM信号的关系获取实现车身高度跟踪的各电磁阀PWM信号。针对电控空气悬架系统车身高度调节过程的振荡以及路面随机激励等高频干扰现象，通过提出一种基于有限时间控制的车身高度调节方法，提高车身高度控制的响应速度和鲁棒性。

Description

一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统，属于车辆悬架系统智能控制技术领域。
背景技术
随着电子控制技术的快速发展，结合高速开关电磁阀的电控空气悬架系统得到了越来越广泛的关注。电控空气悬架系统不仅能够根据道路行驶工况、车辆运行车速以及驾驶员操控需求等对空气悬架系统刚度、阻尼等进行自适应调节，而且还能对车辆的车身高度进行主动控制，满足车辆复杂行驶工况下的控制需求。目前，电控空气悬架系统已在重型车、客车以及多数豪华车上得到越来越多的应用。
电控空气悬架系统通常采用电磁阀对空气弹簧进行充放气从而实现车身高度的调节。在车高调节过程中，传感器实时采集车身高度信息，控制器根据采集到的实际车身高度与目标车身高度的差值，控制电磁阀的开关状态，从而调节流入或者流出空气弹簧的气体流量，使车身高度在目标高度的一定范围内。
车身高度调节作为电控空气悬架系统的特色功能，一直是该领域的研究热点。为了实现车身高度快速、稳定的调节，并且满足复杂工况下的高度自适应调节，国内外学者提出了多种多样的控制方法。然而，车辆运行过程中不仅存在高频的路面随机激励，也存在载荷变化、空气压力变化等不确定参数的影响，此外，由于电磁阀的进、出口气大以及空气流动时的时滞特性，空气流入或流出空气弹簧时可能存在过充、过放的现象，引起车身高度调节过程的超调或者振荡，使得车身姿态不稳。
因此，针对电控空气悬架系统车身高度调节过程中产生明显的超调以及在目标值附近的振荡现象，有必要从时间最优的角度提出一种具有更快响应速度和更强鲁棒性能的高品质车身高度控制器，以实现车身高度的有效调节。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：减小电控空气悬架系统车身高度调节过程的振荡，使车身高度快速趋向目标值，并且具有良好的鲁棒性能。针对该技术问题，本发明提出一种基于有限时间控制理论的电控空气悬架系统车身高度控制方法及系统，通过在控制器中引入分数幂项提高控制器的响应速度和鲁棒性能。本发明所采用的技术方案为：
一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，所述控制方法采用的车身高度控制器包含虚拟控制输入求解模块、实际控制输入求解模块以及电磁阀控制信号求解模块，虚拟控制输入求解模块引入基于分数幂参数的控制律作为虚拟控制律，获取使状态变量有限时间快速收敛的虚拟控制输入；实际控制输入求解模块根据系统数学模型和虚拟控制输入获取实际控制输入，进一步地，由电磁阀控制信号求解模块根据实际控制输入与不同电磁阀PWM信号的关系获取实现车身高度快速跟踪的各电磁阀PWM信号。
本发明技术方案提出的电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法主要包括以下步骤：
(1)建立单轮电控空气悬架车身高度控制系统数学模型，主要包括车身、非簧载质量、空气弹簧、减振器、车轮、路面、储气罐、低压气源、充气电磁阀、空气弹簧电磁阀、放气电磁阀以及管路；
(2)将电控空气悬架分割成车身高度调节系统和干扰信息两部分，进行车身高度控制系统数学模型的降维简化；
(3)确定电控空气悬架车身高度控制过程的状态量x、控制输入u以及输出量y，并基于简化的车身高度控制系统数学模型，对输出量y求导，确定系统的相对阶r，其中，相对阶r为对系统输出量y求导直至出现控制输入u时的求导阶次；
(4)基于输出量y的各阶导数y，
Figure BDA0002101193710000021
…，y(r-1)，进行非奇异坐标变换，选定参数n＝r，非奇异坐标变换描述为
Figure BDA0002101193710000022
(5)引入虚拟控制输入v，将车身高度控制系统数学模型描述为由r个积分器串联构成的线性微分方程系统，其中，虚拟控制输入v描述为输出量y的r阶导数；
(6)在电控空气悬架车身高度控制器的虚拟控制输入求解模块中构建基于分数幂参数的虚拟控制律，虚拟控制律记为：
Figure BDA0002101193710000023
其中，k1，k2。。。，kn为虚拟控制律控制参数，α1，α2。。。，αn为虚拟控制律分数幂参数，满足
Figure BDA0002101193710000024
这里任一α∈(1-ε，1)，ε∈(0，1)，且αn+1＝1，αn＝α。
(7)基于有限时间控制理论，确定控制参数k1，k2。。。，kn及分数幂参数α1，α2，。。。，αn的范围，使电控空气悬架车身高度控制系统全局有限时间稳定；
(8)在保证电控空气悬架车身高度闭环控制系统全局有限时间稳定的控制参数及分数幂参数有效范围内进行参数调试，确定虚拟控制律控制参数以及分数幂参数的数值，获取虚拟控制输入v，车身高度控制器的实际输入求解模块进一步结合步骤(5)建立的虚拟控制输入v与输出量y的r阶导数关系，求解实际控制输入u；
(9)电磁阀控制信号求解模块根据实际控制输入量u与电控空气悬架系统充放气过程中不同电磁阀(充气电磁阀、空气弹簧电磁阀和放气电磁阀)PWM信号的关系，获取各电磁阀的PWM信号，实现电控空气悬架系统目标车身高度的快速、准确跟踪。
优选地，在步骤(7)中，基于有限时间控制理论确定虚拟控制律控制参数以及分数幂参数范围的步骤如下：
(10)基于步骤(6)所建立的虚拟控制律模型，结合步骤(5)建立的线性微分方程系统，获取电控空气悬架车身高度闭环控制系统方程；
(11)选取Lyapunov函数，确定使电控空气悬架车身高度闭环控制系统渐进稳定的控制参数和分数幂参数范围；
(12)确定系统的向量函数，基于有限时间齐次理论，进一步确定使电控空气悬架车身高度闭环控制系统具有负的齐次度的控制参数和分数幂参数范围；
(13)综合步骤(11)和(12)，确定使电控空气悬架车身高度闭环控制系统全局有限时间稳定的控制参数和分数幂参数范围。
优选地，在步骤(2)中，车身高度调节系统由车身、空气弹簧和减振器等构成，干扰信息由非簧载质量、车轮和路面的随机输入构成。
优选地，在步骤(3)中，电控空气悬架系统车身高度控制过程的状态量包含车身的绝对位移、车身的速度和空气弹簧的绝对气压，控制输入量为空气悬架绝对气体质量流量，输出量为车身的绝对位移。
本发明的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法的系统，所述系统采用的车身高度控制器包含依次连接的虚拟控制输入求解模块、实际控制输入求解模块以及电磁阀控制信号求解模块，虚拟控制输入求解模块引入基于分数幂参数的控制律作为虚拟控制律，获取使状态变量有限时间快速收敛的虚拟控制输入；实际控制输入求解模块根据系统数学模型和虚拟控制输入获取实际控制输入，进一步地，由电磁阀控制信号求解模块根据实际控制输入与不同电磁阀PWM信号的关系获取实现车身高度跟踪的各电磁阀PWM信号。
相较于Lyapunov渐进稳定下系统最快只能以指数速度收敛，本发明的有益效果在于通过引入分数幂项使电控空气悬架车身高度控制系统的状态变量在有限时间内快速收敛到平衡点，从而提高控制的响应速度。与此同时，由于可以通过调整分数幂参数实现系统干扰抑制能力的调节，本发明技术方案也能够有效地抑制干扰对车高调节过程的影响。
附图说明
图1是单轮电控空气悬架车身高度控制系统结构示意图。
图2是电控空气悬架系统车身高度控制原理示意图。
图1中：101、车身 102、非簧载质量 103、空气弹簧 104、减振器 105、车轮 106、路面 107、储气罐 108、低压气源 109、充气电磁阀 110、空气弹簧电磁阀 111、放气电磁阀112、管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
图1给出了单轮电控空气悬架车身高度控制系统的结构示意图。包括车身101、非簧载质量102、空气弹簧103、减振器104、车轮105、路面106、储气罐107、低压气源108、充气电磁阀109、空气弹簧电磁阀110、放气电磁阀111以及管路112。其中，空气弹簧103和减振器104以并联的形式与车身101和非簧载质量102连接，车轮105将路面106的随机激励传递到非簧载质量102，并进一步传递给车身101。储气罐107与充气电磁阀109、空气弹簧电磁阀110以及空气弹簧103通过管路112依次连接，放气电磁阀111的两端分别通过管路112与低压气源108(通常为大气环境)和空气弹簧电磁阀110连接。根据路面106的输入、车辆车速和驾驶员操控需求，当控制器判断车身高度需要增加时，充气电磁阀109和空气弹簧电磁阀110打开，放气电磁阀111关闭，储气罐107内的高压气体通过管路112流入空气弹簧103，使车身高度增加；反正，当车身高度需要降低时，充气电磁阀109关闭，空气弹簧电磁阀110和放气电磁阀111打开，空气弹簧103内的气体经管路112流入低压气源108，实现车身高度的下降，其中，低压气源108可以为大气环境。
图2给出了电控空气悬架系统车身高度控制原理示意图。基于预先设定的车身高度调节方案，可以根据路面输入、行驶速度以及车辆实际工作需求等确定当前驾驶工况下的车辆目标车身高度，目标车身高度与由车身高度传感器获得的车身实际高度作为车身高度控制器的输入信号进行不同电磁阀PWM信号的求解。车身高度控制器包括虚拟控制输入求解模块、实际控制输入求解模块以及电磁阀控制信号求解模块，虚拟控制输入求解模块根据单轮电控空气悬架车身高度控制系统降维后的线性化模型求解虚拟控制输入v，实际控制输入求解模块根据系统数学模型和虚拟控制输入v获取实际控制输入u(即空气质量流量)，进一步地，电磁阀控制信号求解模块根据空气质量流量与不同电磁阀PWM信号的关系获取实现车身高度跟踪的各电磁阀PWM信号。
所采用的电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法如下：
(1)建立电控空气悬架车身高度控制系统数学模型，主要包括车身101、非簧载质量102、空气弹簧103、减振器104、车轮105、路面106、储气罐107、低压气源108、电磁阀(充气电磁阀109、空气弹簧电磁阀110和放气电磁阀111均选定同类型电磁阀)以及管路112。车身101和非簧载质量102分别描述为质量为ms和mt的质量块，减振器104描述为具有非线性阻尼系数C3的模型，车轮105等效为刚度为Kt的弹簧，空气弹簧103的非线性机理模型表示为：
Figure BDA0002101193710000051
式中，P3为空气弹簧内部气压，V3为空气弹簧动态变化体积，κ为气体多变指数，R为气体常数，T3为空气弹簧内的气体温度，
Figure BDA0002101193710000052
和
Figure BDA0002101193710000053
分别为流入和流出空气弹簧的气体质量流量。电控空气悬架系统的绝对气体质量流量qm为：
Figure BDA0002101193710000054
路面106的输入激励模型为：
Figure BDA0002101193710000055
式中，q为路面垂直位移，vv为车速，α为路面空间频率常数，ω(t)为外部干扰，通常认为是零均值的高斯白噪声。
储气罐107的数学模型表示为：
Figure BDA0002101193710000056
式中，T1为储气罐内气体的温度，m1为流出储气罐的气体质量，则
Figure BDA0002101193710000057
为从流出储气罐的气体质量流量，t为时间，V1为储气罐的容积，P1为储气罐内气体的绝对气压。
低压气源108设定为大气环境，即空气弹簧103放气时的输出端气压为大气气压Pa。
电磁阀(包含充气电磁阀109、空气弹簧电磁阀110和放气电磁阀111)模型均描述为：
Figure BDA0002101193710000058
式中，
Figure BDA0002101193710000059
为流经电磁阀的空气质量流量，S为电磁阀等效薄壁小孔的有效截面积，Pu和Pd分别为电磁阀的上游气压和下游气压(当空气弹簧充气时，Pu为储气罐内部的气压，Pd为空气弹簧的气压；当空气弹簧放气时，Pu为空气弹簧的气压，Pd为外部大气环境气压)，b为临界压力比。
管路112的数学模型表示为：
Figure BDA0002101193710000061
式中，
Figure BDA0002101193710000062
为管路空气质量流量，T2为管路气体时间，L为管路长度，c为声速，Rt为管路阻力系数，ρ为管路内气体密度，P为管路末端气压，设其与空气弹簧内部的气压相等。
基于建立的电控空气悬架各部件数学模型，结合牛顿第二力学定律，求得单轮电控空气悬架车身高度控制系统的数学模型为：
Figure BDA0002101193710000063
式中，ms和mt分别表示车身101和非簧载质量102的质量，Zs和Zt则分别表示车身101和非簧载质量102的绝对位移，Ae为空气弹簧有效面积，ΔV为空气弹簧容积变化率，V30为空气弹簧的初始容积，C3 (i)(i＝1，2，3)分别为减振器的一次项、二次项以及三次项的阻尼系数。
(2)将电控空气悬架分割成车身高度调节系统和干扰信息两部分，其中，车身高度调节系统由车身101、空气弹簧103和减振器104等构成，空气弹簧103和减振器104以并联的形式与车身101和非簧载质量102连接，车轮105将路面106的随机激励传递到非簧载质量102，非簧载质量102、车轮105和路面106的随机输入构成干扰信息，通过将悬架系统分割成两部分实现车身高度控制系统数学模型的降维简化，所建立的降维简化模型为：
Figure BDA0002101193710000064
式中，ks为干扰系数，非簧载质量102和路面106的随机输入等被统一描述为干扰信息ω(t)。
(3)选定状态变量x为车身101的绝对位移Zs、车身101的速度
Figure BDA0002101193710000066
和空气弹簧103的绝对气压P3，即
Figure BDA0002101193710000065
控制输入u为空气悬架绝对气体质量流量qm；输出量y为车身101的绝对位移Zs。
进一步地，结合式(8)，将系统描述成如下非线性形式：
Figure BDA0002101193710000071
f(x)，g(x)和h(x)均为结合式(8)以及定义的状态变量x、控制输入u和输出量y得到的非线性函数。
基于简化的车身高度控制系统数学模型，对输出量y求导，可得
Figure BDA0002101193710000072
式中，
Figure BDA0002101193710000073
为李导数，Lf代表h(x)沿着f方向的李导数。Lg代表h(x)沿着g方向的李导数，且有
Figure BDA0002101193710000074
由于对输出量y的求导阶次为3时出现控制输入u，即
Figure BDA0002101193710000075
判定该电控空气悬架车身高度控制系统的相对阶为r＝3。
(4)基于输出量y的各阶导数y，
Figure BDA0002101193710000076
选定参数n＝r＝3，进行非奇异坐标变换：
Figure BDA0002101193710000077
(5)引入虚拟控制输入v，描述为输出量y的3阶导数，即
Figure BDA0002101193710000078
将电控空气悬架车身高度控制系统数学模型描述为由3个积分器串联构成的线性微分方程系统，即
Figure BDA0002101193710000081
(6)在电控空气悬架车身高度控制器的虚拟控制输入求解模块中构建基于分数幂参数的车身高度虚拟控制律，根据系统的相对阶数，设计虚拟控制律为：
Figure BDA0002101193710000082
式中，k1，k2，k3＞0，为有限时间控制律控制参数，使多项式s3+k3s2+k2s+k1赫尔威茨(Hurwitz)稳定。α1，α2，α3为有限时间控制律分数幂参数，满足
Figure BDA0002101193710000083
(7)基于有限时间控制理论，确定控制参数k1，k2，k3及分数幂参数α1，α2和α3的范围，使电控空气悬架车身高度控制系统全局有限时间稳定，主要包括以下步骤：
1)基于步骤(6)确定的虚拟控制律模型，结合步骤(5)建立的线性微分方程系统，获取电控空气悬架车身高度闭环控制系统方程，表示为：
Figure BDA0002101193710000084
2)选取Lyapunov函数V(z)，对V(z)求导，确定使
Figure BDA0002101193710000085
的控制参数和分数幂参数范围，从而保证式(17)所示的电控空气悬架车身高度闭环控制系统是渐进稳定的；
3)结合式(17)确定系统的向量函数f(z)＝(f1(z)，f2(z)，f3(z))T，基于有限时间齐次理论，确定满足下式条件的控制参数和分数幂参数范围，并保证式(17)所示的系统具有负的齐次度K。
Figure BDA0002101193710000086
其中，参数ε＞0，(r1，r2，r3)∈Rn，r1，r2，r3＞0。
4)综合前述步骤2)和3)，求解控制参数和分数幂参数的交集，确定使电控空气悬架车身高度闭环控制系统全局有限时间稳定的控制参数和分数幂参数范围。
(8)在保证电控空气悬架车身高度闭环控制系统全局有限时间稳定的控制参数及分数幂参数有效范围内进行参数调试，确定虚拟控制律控制参数以及分数幂参数的数值，获取虚拟控制输入v，车身高度控制器的实际输入求解模块进一步结合步骤(5)中式(13)所描述的虚拟控制输入v与输出量y的3阶导数关系，求得实际控制输入u为
Figure BDA0002101193710000091
(9)根据实际控制输入u(即气体质量流量qm)与电控空气悬架系统充放气过程中不同电磁阀(充气电磁阀109、空气弹簧电磁阀110和放气电磁阀111)PWM信号的关系，获取各电磁阀的PWM信号，实现对目标高度的跟踪。
综上，本发明的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统，该方法所采用系统包含虚拟控制输入求解模块、实际控制输入求解模块以及电磁阀控制信号求解模块，虚拟控制输入求解模块通过引入基于分数幂参数的控制律获取使状态变量有限时间快速收敛的虚拟控制输入；实际控制输入求解模块根据系统数学模型和虚拟控制输入获取实际控制输入，进一步地，由电磁阀控制信号求解模块根据实际控制输入与不同电磁阀PWM信号的关系获取实现车身高度跟踪的各电磁阀PWM信号。针对电控空气悬架系统车身高度调节过程的振荡以及路面随机激励等高频干扰现象，通过提出一种基于有限时间控制的车身高度调节方法，提高车身高度控制的响应速度和鲁棒性。
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 (8)

1.一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
1)建立单轮电控空气悬架车身高度控制系统数学模型；
2)将电控空气悬架分割成车身高度调节系统和干扰信息两部分，进行车身高度控制系统数学模型的降维简化；
3)确定电控空气悬架车身高度控制过程的状态量x、控制输入u以及输出量y，并基于简化的车身高度控制系统数学模型，对输出量y求导，确定系统的相对阶r，其中，相对阶r为对系统输出量y求导直至出现控制输入u时的求导阶次；
4)对系统输出量y的各阶导数
Figure FDA0002325055460000011
进行非奇异坐标变换，选定参数n＝r，非奇异坐标变换描述为
Figure FDA0002325055460000012
5)引入虚拟控制输入ν，将车身高度控制系统数学模型描述为由r个积分器串联构成的线性微分方程系统，其中，虚拟控制输入ν描述为输出量y的r阶导数；
6)在电控空气悬架车身高度控制器的虚拟控制输入求解模块中构建基于分数幂参数的虚拟控制律，虚拟控制律记为：
Figure FDA0002325055460000013
其中，k1，k2，…，kn为虚拟控制律控制参数，α1，α2，…，αn为虚拟控制律分数幂参数，满足
Figure FDA0002325055460000014
这里任一α∈(1-ε，1)，ε∈(0,1)，且αn+1＝1,αn＝α；
7)基于有限时间控制理论，确定控制参数k1，k2，…，kn及分数幂参数α1，α2，…，αn的范围，使电控空气悬架车身高度控制系统全局有限时间稳定；
8)在保证车身高度闭环控制系统全局有限时间稳定的控制参数及分数幂参数有效范围内进行参数调试，确定虚拟控制律控制参数以及分数幂参数的数值，获取虚拟控制输入ν，车身高度控制器的实际输入求解模块进一步结合步骤5)建立的虚拟控制输入ν与输出量y的r阶导数关系，求解实际控制输入u；
9)电磁阀控制信号求解模块根据实际控制输入u在电控空气悬架系统充放气过程中与充气电磁阀(109)、空气弹簧电磁阀(110)和放气电磁阀(111)的PWM信号的关系，获取各电磁阀的PWM信号，实现电控空气悬架系统目标车身高度的快速、准确跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，单轮电控空气悬架车身高度控制系统包括车身(101)、非簧载质量(102)、空气弹簧(103)、减振器(104)、车轮(105)、路面(106)、储气罐(107)、低压气源(108)、充气电磁阀(109)、空气弹簧电磁阀(110)、放气电磁阀(111)以及管路(112)；其中，空气弹簧(103)和减振器(104)以并联的形式与车身(101)和非簧载质量(102)连接，车轮(105)将路面(106)的随机激励传递到非簧载质量(102)，并进一步传递给车身(101)；储气罐(107)与充气电磁阀(109)、空气弹簧电磁阀(110)以及空气弹簧(103)通过管路(112)依次连接，放气电磁阀(111)的两端分别通过管路(112)与低压气源(108)和空气弹簧电磁阀(110)连接。
3.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，单轮电控空气悬架车身高度控制系统的数学模型为：
Figure FDA0002325055460000021
式中，ms和mt分别表示车身和非簧载质量的质量，P3为空气弹簧内部气压，Pa为空气弹簧放气时的输出端气压的大气气压，κ为气体多变指数，R为气体常数，T3为空气弹簧内的气体温度，qm为电控空气悬架系统的绝对气体质量流量，Zs和Zt则分别表示车身和非簧载质量的绝对位移，Ae为空气弹簧有效面积，ΔV为空气弹簧容积变化率，V30为空气弹簧的初始容积，C3 (i)(i＝1,2,3)分别为减振器的一次项、二次项以及三次项的阻尼系数，q为路面垂直位移，vv为车速，α为路面空间频率常数，ω(t)为零均值的高斯白噪声。
4.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，车身高度调节系统包括车身(101)、空气弹簧(103)和减振器(104)，车轮(105)将路面(106)的随机激励传递到非簧载质量(102)，非簧载质量(102)、车轮(105)和路面(106)的随机输入构成干扰信息。
5.根据权利要求3所述的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，车身高度控制系统数学模型的降维简化为：
Figure FDA0002325055460000031
式中，ms表示车身质量，P3为空气弹簧内部气压，κ为气体多变指数，R为气体常数，T3为空气弹簧内的气体温度，Zs表示车身的绝对位移，Ae为空气弹簧有效面积，ΔV为空气弹簧容积变化率，V30为空气弹簧的初始容积，C3 (i)(i＝1,2,3)分别为减振器的一次项、二次项以及三次项的阻尼系数，ks为干扰系数，非簧载质量(102)和路面(106)的随机输入被统一描述为零均值的高斯白噪声ω(t)。
6.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，所属步骤3)中，电控空气悬架系统车身高度控制过程的状态量x包含车身(101)的绝对位移、车身(101)的速度和空气弹簧(103)的绝对气压，控制输入u为空气悬架绝对气体质量流量，输出量y为车身(101)的绝对位移。
7.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，其特征在于，所属步骤7)中，基于有限时间控制理论确定虚拟控制律控制参数以及分数幂参数范围的步骤如下：
10)基于步骤6)所建立的虚拟控制律模型，结合步骤5)建立的线性微分方程系统，获取电控空气悬架车身高度闭环控制系统方程；
11)选取Lyapunov函数，确定使电控空气悬架车身高度闭环控制系统渐进稳定的控制参数和分数幂参数范围；
12)确定系统的向量函数，基于有限时间齐次理论，进一步确定使电控空气悬架车身高度闭环控制系统具有负的齐次度的控制参数和分数幂参数范围；
13)综合步骤11)和12)，确定使电控空气悬架车身高度闭环控制系统全局有限时间稳定的控制参数和分数幂参数范围。
8.一种根据权利要求1所述的电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法的系统，其特征在于，所述系统采用的车身高度控制器包含依次连接的虚拟控制输入求解模块、实际控制输入求解模块以及电磁阀控制信号求解模块，虚拟控制输入求解模块引入基于分数幂参数的控制律作为虚拟控制律，获取使状态变量有限时间快速收敛的虚拟控制输入；实际控制输入求解模块根据系统数学模型和虚拟控制输入获取实际控制输入，进一步地，由电磁阀控制信号求解模块根据实际控制输入与不同电磁阀PWM信号的关系获取实现车身高度跟踪的各电磁阀PWM信号。
CN201910540243.7A 2019-06-20 2019-06-20 一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统 Active CN110341413B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910540243.7A CN110341413B (zh) 2019-06-20 2019-06-20 一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910540243.7A CN110341413B (zh) 2019-06-20 2019-06-20 一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110341413A CN110341413A (zh) 2019-10-18
CN110341413B true CN110341413B (zh) 2020-03-31

Family

ID=68182649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910540243.7A Active CN110341413B (zh) 2019-06-20 2019-06-20 一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110341413B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112124028B (zh) * 2020-09-21 2022-07-12 华南理工大学 一种电控空气悬架系统及其控制方法和系统、电控单元
CN113063610B (zh) * 2021-05-12 2022-10-28 中国第一汽车股份有限公司 一种空气悬架的控制方法
CN114211927B (zh) * 2022-01-20 2024-01-30 同济大学 基于空气悬架的电磁阀控制方法、装置、设备及存储介质

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3687020B2 (ja) * 1997-03-18 2005-08-24 株式会社日立製作所 Ｐｗｍ式比例ソレノイドバルブ制御装置
CN101417596B (zh) * 2008-11-18 2011-01-19 江苏大学 一种汽车空气悬架的控制方法
CN103419590B (zh) * 2013-07-31 2015-08-05 江苏大学 空气悬架车身高度调节系统的质量流量自适应稳定装置
CN105082920B (zh) * 2015-08-05 2017-03-01 江苏大学 阻尼与车身高度可调互联空气悬架协同控制系统及方法
CN108001146B (zh) * 2017-11-09 2020-07-31 江苏大学 磁流变半主动悬架泰勒级数-复合鲁棒时滞补偿控制方法
CN107891723B (zh) * 2017-11-29 2023-06-30 辽宁工业大学 汽车电控空气悬架的滑模控制方法及控制装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110341413A (zh) 2019-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110341413B (zh) 一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统
Sampson et al. Active roll control of single unit heavy road vehicles
CN107992681B (zh) 一种电动汽车主动前轮转向系统的复合控制方法
US8355840B2 (en) Influencing device for influencing an active chassis system of a vehicle
CN112339517B (zh) 一种半主动悬架控制方法及控制系统
JP5149443B2 (ja) オートバイ用セミアクティブサスペンションシステムを制御する方法および装置
Xue et al. Study of art of automotive active suspensions
CN108068570A (zh) 一种电控空气悬架车高调节与整车姿态模糊滑模控制方法
JPH0849746A (ja) セミアクティブダンパ
Ghazaly et al. The future development and analysis of vehicle active suspension system
CN103079849A (zh) 车辆的控制装置
JP2018188101A (ja) 車両姿勢制御装置
Xu et al. Hierarchical control of ride height system for electronically controlled air suspension based on variable structure and fuzzy control theory
Ozcan et al. Optimisation of Nonlinear Spring and Damper Characteristics for Vehicle Ride and Handling Improvement
Shalabi et al. Neuro-fuzzy volume control for quarter car air-spring suspension system
Yuexia et al. Modeling and test on height adjustment system of electrically-controlled air suspension for agricultural vehicles
Zhao et al. Integrated variable speed-fuzzy PWM control for ride height adjustment of active air suspension systems
Bouvin et al. CRONE body control under driver inputs through heave velocity regulation
JP6822338B2 (ja) サスペンション制御システム
CN103921646A (zh) 可调悬挂温度补偿系统
CN109505914B (zh) 可变刚度可变阻尼半主动悬架
Razdan et al. Comparison of quarter car model of active pneumatic suspensions using mass flow control for a small car
Feng Advanced Robust Control Strategies of Mechatronic Suspensions for Cars
JPH03246112A (ja) 減衰力可変式サスペンション制御装置
CHAN et al. Design and Implementation of A Ride Height Control System for A Quarter Car with Active Car Suspension

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant