CN110887678A - 电控空气悬架车高调节系统的硬件在环实验平台及调节方法 - Google Patents

电控空气悬架车高调节系统的硬件在环实验平台及调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电控空气悬架车高调节系统的硬件在环实验平台及测试方法，包括车体、测控系统以及转鼓试验台。车体包括依次连接的空气压缩机、充气电磁阀、若干空气弹簧及放气电磁阀，测控系统包括高度传感器、数据采集卡、宿主机及目标机。基于本车高调节系统的硬件在环实验平台的测试方法，包括静态和动态控制车高，设置宿主机和目标机双机仿真环境，制定目标高度，静态控制车高利用高度传感器采集当前车身高度，信号随数据采集卡进入车高控制模型，当车身高度发生变化，车高控制单元经过决策控制电磁阀的通断，使车身高度恢复，动态控制车高通过转鼓试验台模拟路面以及宿主机的监控界面输入高度控制命令，实现硬件在环仿真测试。

Description

电控空气悬架车高调节系统的硬件在环实验平台及调节方法
技术领域
本发明涉及车辆控制领域，具体涉及面向基于电控空气悬架车高调节的硬件在环实验平台及测试方法。
背景技术
电子控制空气悬架可以根据汽车在不同的行驶工况下，进行车身高度调节，当车辆高速行驶时，通过降低车身高度可以降低底盘重心，提高行驶的稳定性；当车辆低速行驶在崎岖道路上时，通过提升车身高度，提高车辆行驶通过性，降低悬架撞击限位块概率。此外，汽车车载质量的变化也会导致车身高度偏离理想的车身高度。当电子控制空气悬架需要对空气弹簧进行充放气时，通过控制电磁阀的开关从而控制进出空气弹簧的气体量。在进行悬架系统的测试时,传统的纯计算机仿真是利用建立数学模型的方法进行仿真，虽然实施的效率高、成本低，但是仿真结果很大程度上依赖于数学模型的精确，不能有效的反映出真实的路面环境。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种基于电控空气悬架车高调节的硬件在环实验平台及调节方法，该平台及方法解决了现有技术中仿真结果很大程度上依赖于数学模型的精确、不能有效的反映出真实的路面环境的问题。
技术方案：本发明的电控空气悬架车高调节系统的硬件在环实验平台，包括包括车体、测控系统以及转鼓试验台。
所述车体包括车架、及安装于其上的且依次连接的空气压缩机、充气电磁阀、设于前桥和后桥的若干空气弹簧及放气电磁阀，其中，所述空气压缩机产生的气体经过充气电磁阀充入空气弹簧内。
所述测控系统包括高度传感器、数据采集卡、车高控制单元、宿主机及目标机，所述高度传感器能够采集空气弹簧的高度信号并与数据采集卡模拟量输入通道连接，所述充气电磁阀和放气电磁阀分别与数据采集卡数字量输出通道连接，宿主机和目标机通过以太网连接，数据采集卡安装于目标机上，其中，所述宿主机用于车高升降模型建立、控制代码生成及数据分析，目标机用于测试模型实时运行及数据采集。
数据采集卡用于接收高度传感器的信号，所述车高控制单元根据当前的高度与设定的高度比较，根据两者的偏差量确定对空气弹簧充气还是放气，车高控制单元根据高度变化信号进行决策并发出决策信号，并将决策信号经数据采集卡发送给充气电磁阀或放气电磁阀。
所述转鼓试验台用于室内模拟汽车道路行驶工况，包括其表面能够代替路面的滚筒，通过加载装置给滚筒施加负荷，以模拟行驶阻力。其中，每个车轮下的滚筒设有两个。
为方便存储空气压缩机制的气体，所述空气压缩机和充气电磁阀之间还连接有用于储存气体的储气罐。
所述空气弹簧设有若干个，分别设于车体的前桥和后桥左右两侧。优选的，所述空气弹簧设有四个，分别两两设于车体的前桥和后桥。
所述充气电磁阀包括连接各空气弹簧的充气电磁阀组。
所述放气电磁阀包括供前桥的各空气弹簧共用的放气电磁阀组、以及若干分别供后桥的各空气弹簧使用的后桥放气电磁阀。其中，根据空气弹簧个数，前桥的各空气弹簧共用放气电磁阀组，后桥的两个空气弹簧分别使用一个后桥放气电磁阀。
所述高度传感器设有若干，前桥的各空气弹簧共用一个高度传感器，后桥的各空气弹簧分别连接有高度传感器。其中，根据空气弹簧个数，所述高度传感器设有3个，前桥的各空气弹簧共用一个高度传感器，后桥的左右两侧空气弹簧各有一个高度传感器。
若一辆车上用四个高度传感器，则会产生静态过定位。为了满足布置要求，在前桥的各空气弹簧共用放气电磁阀组，后桥的两个空气弹簧分别使用一个后桥放气电磁阀。
为方便查看信号，所述目标机连接有用于监控车高控制模型及充气电磁阀和放气电磁阀信号的目标机显示器。
所述宿主机采用PC机，目标机采用工控机。车高调节系统是基于宿主机和目标机双机仿真模式下进行的。
根据实时仿真平台中在Simulink中建立的车高控制单元，可随传感器信号的变化动态调节电磁阀的开关，不停机在线调整控制器系数，实现电控空气悬架的高度调节。
针对控制空气弹簧充放气进而调节车高的车型，上述的实验平台可用于商用车、乘用车及特种车，具有测试空气悬挂车高控制策略效果的功能。
基于上述的实验平台的电控空气悬架车高的调节方法，包括以下步骤：
(1)设置宿主机和目标机的TCP/IP通讯协议，应用U盘制作启动盘，并启动宿主机和目标机，构建空气悬架汽车车体高度调节的双机仿真环境。
(2)基于汽车理论建立起空气悬架汽车车体升降运动数学模型；并基于现代控制理论提出车体高度调节控制策略。
(3)基于步骤(2)的数学模型及控制策略，宿主机启动MATlab/Simulink软件建立车体高度调节闭环控制仿真模型，进而将该模型一键编译生成C代码，通过网线将代码下载到目标机储存器中。
(4)当车体载重变化时，车高随之变化，高度传感器测定的车身高度H经数据采集卡传输到宿主机Simulink模型中，根据模型中设置的目标高度范围H1-H2，以此判断充气电磁阀和放气电磁阀的开关，实现电控空气悬架的高度调节。当车身高度低于目标高度H1时，充气电磁阀组打开，气体从空气压缩机经储气罐充入各个空气弹簧，直到车身高度达到目标高度后，充气电磁阀组关闭；当失去车载重物，若车身高度仍处于目标高度范围内，充气电磁阀、放气电磁阀都是关闭状态；若充入气体后的空气弹簧使车身高度高于目标值H2，此时放气电磁阀打开，直至车高恢复目标高度，放气电磁阀关闭。
(5)建立宿主机的硬件在环监控界面，包括汽车车速以及车身高度的显示以及对车体高中低三挡高度控制的命令。设置高中低三种不同的高度区间，当驾驶员输入调高或降低的指令，充气电磁阀组与放气电磁阀的工作方式与(4)相同。
在所述宿主机Simulink中能够建立不同的车高控制策略，使用s函数将其封装，与车高模型一键编译下载到目标机中，并通过电控空气悬架车高调节系统的硬件在环实验平台验证所建策略是否正确。
有益效果：1、本发明利用硬件在环技术将将系统的一部分用数学模型加以描述并转为仿真模型在计算机上实时运行，将系统的另一部分以实物形式接入仿真回路，使系统中的软件和硬件能实时运行，从而自动对汽车高度的调节；2、本发明的硬件在环实验平台对具有空气悬架的不同车型，提供了系统化的实验硬件，能够快捷高效的检测车高调节控制策略准确性；3、本发明的硬件在环实验平台可以对控制策略在线调试，修改车高模型和控制参数，大大加快软硬件的开发过程，节约研发的资金和成本，具有较高的可靠性；4、本发明的电控空气悬架车身高度调节方法实现了车辆底盘快速稳定升降，在行驶过程中能够合理控制空气弹簧充放气，防止某个空气弹簧过充，做到及时调整并节约用气。
附图说明
图1为本发明的车高调节系统的硬件在环实验平台安装示意图；
图2为本发明的转鼓试验台安装示意图；
图3为本发明的电控空气悬架车高调节的控制原理图；
图4为本发明的进行电控空气悬架静态车高调节测试方法的流程图；
图5为本发明的进行电控空气悬架动态车高调节测试方法的流程图。
具体实施方式
参见图1至图3，本发明一实施例所述的电控空气悬架车高调节系统的硬件在环实验平台，如图1、图2所示，包括车体、测控系统以及转鼓试验台。
车体包括4个空气弹簧7、空气压缩机5、储气罐4、充气电磁阀组10、放气电磁阀组9、后桥放气电磁阀11。
测控系统包括4个高度传感器8、数据采集卡6、车高控制单元、宿主机1、目标机2、目标机显示器3。车体有三个高度传感器8，前桥两个空气弹簧共用一个高度传感器8，后桥设置两个高度传感器。
空气压缩机5产生的气体经过储气罐4和充气电磁阀组10充入各空气弹簧7内。前桥两个空气弹簧共用一个放气电磁阀组9，后桥两个空气弹簧各有一个后桥放气电磁阀11。
转鼓试验台12用于室内模拟汽车道路行驶工况，包括能够替代路面的滚筒，通过加载装置给滚筒施加负荷，使滚筒的表面代替路面，以模拟行驶阻力。
如图3所示，车高调节系统是基于宿主机1和目标机2双机仿真模式下进行的，宿主机1采用普通PC机，用于车高升降模型建立、控制代码生成及数据分析，目标机2采用工控机用于测试模型实时运行及数据采集，宿主机1和目标机2通过以太网连接，目标机2通过PCI接口安装数据采集卡6，目标机显示器3用于监控车高控制模型及电磁阀信号。
高度传感器8与数据采集卡6模拟量输入通道相连接，各电磁阀与数据采集卡6数字量输出通道相连接，数据采集卡6用于接收高度传感器8发送的实际信号，并根据车高控制单元决策得到的电压信号发送给各电磁阀。数据采集卡6用于接收高度传感器8发送的实际信号，车高控制单元根据高度变化信号进行决策，得到的电压信号经数据采集卡6发送给各电磁阀。
根据实时仿真平台中在Simulink中建立的车高控制单元，可随传感器信号的变化动态调节电磁阀的开关，不停机在线调整控制器系数，实现电控空气悬架的高度调节。
如图4所示，在电控空气悬架硬件在环实验平台采用PID控制算法进行电控空气悬架静态车高调节的方法，具体步骤如下：
(1)设置宿主机1和目标机2的TCP/IP通讯协议，应用U盘制作启动盘，并启动宿主机和目标机，构建空气悬架汽车车体高度调节的双机仿真环境。
(2)在宿主机1的Simulink环境下建立车高模型，PID控制器的输入选择为目标高度参考值和实际值的偏差，把高度传感器8测量的车身高度信号输送给PID控制器，经比例、微分、积分处理，输送给数据采集卡6，将该模型一键编译生成C代码，通过网线将代码下载到目标机2中。
(3)当车体载重变化时，车高随之变化，高度传感器测定的车身高度H经数据采集卡传输到宿主机Simulink模型中，根据模型中设置的目标高度范围H1-H2，以此判断充气电磁阀和放气电磁阀的开关，实现电控空气悬架的高度调节。当车身高度低于目标高度H1时，充气电磁阀组打开，气体从空气压缩机经储气罐充入各个空气弹簧，直到车身高度达到目标高度后，充气电磁阀组关闭；当失去车载重物，若车身高度仍处于目标高度范围内，充气电磁阀、放气电磁阀都是关闭状态；若充入气体后的空气弹簧使车身高度高于目标值H2，此时放气电磁阀打开，直至车高恢复目标高度，放气电磁阀关闭。
如图5所示，在电控空气悬架硬件在环实验平台进行电控空气悬架动态车高调节的方法，具体步骤如下：
(1)设置宿主机1和目标机2的TCP/IP通讯协议，应用U盘制作启动盘，并启动宿主机和目标机，构建空气悬架汽车车体高度调节的双机仿真环境。
(2)宿主机启动MATlab/Simulink软件建立车体高度调节闭环控制仿真模型，进而将该模型一键编译生成C代码，通过网线将代码下载到目标机储存器中；
(3)启动转鼓试验台，建立宿主机的硬件在环监控界面，包括汽车车速以及车身高度的显示以及对车体高中低三挡高度控制的命令。设置高中低三种不同的高度区间，当驾驶员输入任意一个档位的指令，若此时车身高度处于目标高度范围内，充气电磁阀、放气电磁阀都是关闭状态；当车身高度低于目标高度时，充气电磁阀组打开，气体从空气压缩机经储气罐充入各个空气弹簧，直到车身高度达到目标高度后，充气电磁阀组关闭；若车身高度高于目标值，此时放气电磁阀打开，直至车高恢复目标高度，放气电磁阀关闭。

Claims (10)

1.一种电控空气悬架车高调节系统的硬件在环实验平台，其特征在于：包括车体、测控系统以及转鼓试验台，
所述车体包括车架、及设于车体上并依次连接的空气压缩机、充气电磁阀、设于前桥和后桥的若干空气弹簧及放气电磁阀，其中，所述空气压缩机产生的气体经过充气电磁阀充入空气弹簧内；
所述测控系统包括高度传感器、数据采集卡、车高控制单元、宿主机及目标机，
所述高度传感器能够采集空气弹簧的高度信号并与数据采集卡模拟量输入通道连接，所述充气电磁阀和放气电磁阀分别与数据采集卡数字量输出通道连接，宿主机和目标机通过以太网连接，数据采集卡安装于目标机上，其中，所述宿主机用于车高升降模型建立、控制代码生成及数据分析，目标机用于测试模型实时运行及数据采集；
所述数据采集卡用于接收高度传感器的信号，所述车高控制单元根据高度变化信号进行决策并发出决策信号，并将决策信号经数据采集卡发送给充气电磁阀或放气电磁阀；
所述转鼓试验台用于模拟汽车道路行驶工况，包括能够代替路面的滚筒，通过加载装置给滚筒施加负荷来模拟行驶阻力。
2.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于：所述空气压缩机和充气电磁阀之间还连接有用于储存气体的储气罐。
3.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于：所述空气弹簧设有若干个，分别设于车体的前桥和后桥左右两侧。
4.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于：所述充气电磁阀包括连接各空气弹簧的充气电磁阀组。
5.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于：所述放气电磁阀包括供前桥的各空气弹簧共用的放气电磁阀组、以及若干分别供后桥的各空气弹簧使用的后桥放气电磁阀。
6.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于：所述高度传感器设有若干，前桥的空气弹簧共用一个高度传感器，后桥的左右两侧空气弹簧各有一个高度传感器。
7.根据权利要求1所述的实验平台，其特征在于：所述目标机连接有用于监控车高控制模型及充气电磁阀和放气电磁阀信号的目标机显示器。
8.根据1-7任一所述的实验平台，其特征在于：所述实验平台可用于商用车、乘用车及特种车辆。
9.一种电控空气悬架车高的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设置宿主机和目标机的TCP/IP通讯协议，应用U盘制作启动盘，并启动宿主机和目标机，构建空气悬架汽车车体高度调节的双机仿真环境；
(2)基于汽车理论建立起空气悬架汽车车体升降运动数学模型；并基于现代控制理论提出车体高度调节控制策略；
(3)基于步骤(2)的数学模型及控制策略，宿主机启动MATlab/Simulink软件建立车体高度调节闭环控制仿真模型，进而将该模型一键编译生成C代码，并下载到目标机储存器中；
(4)当车体载重变化时，车高随之变化，高度传感器测定的车身高度H经数据采集卡传输到宿主机Simulink模型中，根据模型中设置的目标高度范围H1-H2，以此判断充气电磁阀和放气电磁阀的开关，实现电控空气悬架的高度调节；
(5)建立宿主机的硬件在环监控界面，包括汽车车速、车身高度的显示以及对车体高中低三档高度控制的命令，设置高中低三种不同的高度区间，当驾驶员输入调高或降低的指令，充气电磁阀组与放气电磁阀的工作方式与步骤(4)相同。
10.根据权利要求9所述的调节方法，其特征在于：在所述宿主机Simulink中能够建立不同的车高控制策略，使用s函数将其封装，与车高模型一键编译下载到目标机中，并通过电控空气悬架车高调节系统的硬件在环实验平台验证所建策略是否正确。
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