CN113063610A - 一种空气悬架的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气悬架的空气的流量控制技术领域，公开一种空气悬架的控制方法，一种空气悬架的控制方法，包括：S1、实时空气的实际流量Q₁；S2、控制模块采用自适应滑模控制方法计算流量控制阀的线圈电压U，

S3、将S2中得到的U施加在流量控制阀上，并返回S1；S4、当实际流量Q₁等于目标流量Q_d时，对不同时刻的实际流量Q₁进行滤波，得到滤波流量Q_f，同时采集与气囊相连的作动缸的输入力F₁；S5、根据滤波流量Q_f得到气囊的空气体积V₁；S6、以空气体积V₁为横坐标、以作动缸的输入力F₁为纵坐标，制作气囊的刚度曲线。本发明公开的空气悬架的控制方法，能够准确地测量进入气囊内的空气的实际流量，使得绘制的气囊的刚度曲线较为准确。

Description

一种空气悬架的控制方法

技术领域

本发明涉及空气悬架的空气的流量控制技术领域，尤其涉及一种空气悬架的控制方法。

背景技术

随着用户对驾乘舒适性要求的提高，越来越多的车辆开始搭载空气悬架，在空气悬架的开发阶段，需要对空气悬架的气囊进行流量循环试验，当空气以一定的可控制的流速流入或流出气囊时，记录车辆的车身高度，并制作空气体积与车身高度的刚度曲线，从而验证气囊的刚度是否满足用户需求。目前采用的流量循环试验方法为：采用与空气悬架连通的电磁阀自带的压力传感器检测的压力值来标定流量值，虽然省去了流量传感器，但是标定出的流量值与实际的流量值有一定偏差，导致空气体积的计算不准确，从而无法准确的得出气囊的刚度曲线。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种空气悬架的控制方法，能够准确地测量进入气囊内的空气的实际流量，使得绘制的气囊的刚度曲线较为准确。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种空气悬架的控制方法，包括：

S1、实时检测经流量控制阀出口进入气囊内的空气的实际流量Q₁；

S2、控制模块根据目标流量Q_d和所述实际流量Q₁采用自适应滑模控制方法计算所述流量控制阀的线圈电压U，

其中，

s＝e+c₂e′+c₃e″,e＝Q₁-Q_d，式中，K₆为第一中间函数，G(t)为第二中间函数，s为滑模函数，e为流量误差，K₃为所述流量控制阀的线圈电磁力与线圈电流的转换系数，K₄为空气流量与所述流量控制阀开度的转换系数，m为阀芯质量，L为所述流量控制阀线圈的电感，

为外界因素估计值，c₂和c₃均为与所述流量控制阀相关的系数，R为所述流量控制阀的总电阻，C为所述流量控制阀的阀芯运动阻尼系数，K₁为阀芯运动刚度，K₂为所述流量控制阀线圈的反电动势系数，ε为大于零的滑模控制系数；

S3、将S2中得到的U施加在所述流量控制阀上，并返回S1，得到不同时刻的实际流量Q₁；

S4、当所述实际流量Q₁等于所述目标流量Q_d时，对不同时刻的实际流量Q₁进行滤波，得到滤波流量Q_f，同时采集与所述气囊相连的作动缸的输入力F₁；

S5、对滤波流量Q_f进行积分，得到进入所述气囊内的空气体积V₁；

S6、以空气体积V₁为横坐标、以所述作动缸的输入力F₁为纵坐标，制作所述气囊的刚度曲线。

作为一种空气悬架的控制方法的优选方案，与所述流量控制阀相关的系数c₂和c₃分别取第一预设数值和第二预设数值时，所述控制模块每执行一步得到的实际流量与前一步得到的实际流量的差值的百分小于预设百分比，且所述控制模块每执行一步所消耗的时长位于预设时长范围内。

作为一种空气悬架的控制方法的优选方案，所述预设百分比为15％，所述预设时长范围为20ms-100ms。

作为一种空气悬架的控制方法的优选方案，当Q₁″′＝G(t)+K₆U+d、

且

时，由李雅普诺夫函数

求导得到的V′恒小于零，此时滑模函数s＝e+c₂e′+c₃e″稳定，式中F_n为外界干扰力，d为外界干扰因素，

为估计误差，且

作为一种空气悬架的控制方法的优选方案，在S5和S6之间还包括：调整所述目标流量Q_d，并返回步骤S2，在S5中得到与调整后的所述目标流量Q_d对应的空气体积V₁。

作为一种空气悬架的控制方法的优选方案，在S1中，采用流量传感器检测经所述流量控制阀出口进入所述气囊内的空气的实际流量Q₁。

作为一种空气悬架的控制方法的优选方案，所述流量控制阀的上游设有空气压缩机和电磁阀，空气经所述空气压缩机压缩后经所述电磁阀进入所述流量控制阀。

作为一种空气悬架的控制方法的优选方案，所述电磁阀还与储气罐连通，所述储气罐用于储存所述气囊释放的空气。

作为一种空气悬架的控制方法的优选方案，所述气囊上设有作动缸，所述作动缸上设有力传感器，所述力传感器用于检测所述作动缸的输入力F₁。

作为一种空气悬架的控制方法的优选方案，所述气囊通过悬架总成固定在试验夹具上。

本发明的有益效果为：本发明公开的控制模块采用自适应滑模控制方法计算线圈电压U，具有较好的鲁棒性，将计算得到的线圈电压U施加在流量控制阀上，进而返回S1，控制模块根据当前的流量控制阀的实际流量Q₁再次计算线圈电压U，直至实际流量Q₁等于目标流量Q_d，对不同时刻的实际流量Q₁进行滤波并积分得到气囊内的空气体积V₁，最后根据以空气体积V₁为横坐标、以作动缸的输入力F₁为纵坐标制得气囊的刚度曲线，这种控制方法得到的气囊的刚度曲线较为准确，同时该空气悬架的控制方法能够用于测试不同目标流量对应的气囊刚度，试验工况较为广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施例提供的空气悬架的控制方法的流程图；

图2是本发明具体实施例提供的空气悬架的示意图。

图中：

1、流量控制阀；2、气囊；3、控制模块；4、流量传感器；5、空气压缩机；6、电磁阀；7、储气罐；8、作动缸；9、悬架总成；10、试验夹具。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供一种空气悬架的控制方法，如图1所示，包括：

S1、实时检测经流量控制阀1(如图2所示)出口进入气囊2(如图2所示)内的空气的实际流量Q₁；

S2、控制模块3(如图2所示)根据目标流量Q_d和实际流量Q₁采用自适应滑模控制方法计算流量控制阀1的线圈电压U，

其中，

s＝e+c₂e′+c₃e″,e＝Q₁-Q_d，式中，K₆为第一中间函数，G(t)为第二中间函数，s为滑模函数，e为流量误差，K₃为流量控制阀1的线圈电磁力与线圈电流的转换系数，K₄为空气流量与流量控制阀1开度的转换系数，m为阀芯质量，L为流量控制阀1线圈的电感，

为外界因素估计值，c₂和c₃均为与流量控制阀1相关的系数，R为流量控制阀1的总电阻，C为流量控制阀1的阀芯运动阻尼系数，K₁为阀芯运动刚度，K₂为流量控制阀1线圈的反电动势系数，ε为大于零的滑模控制系数；

S3、将S2中得到的U施加在流量控制阀1上，并返回S1，得到不同时刻的实际流量Q₁；

S4、当实际流量Q₁等于目标流量Q_d时，对不同时刻的实际流量Q₁进行滤波，得到滤波流量Q_f，同时采集与气囊2相连的作动缸8的输入力F₁；

S5、对滤波流量Q_f进行积分，得到进入气囊2内的空气体积V₁；

S6、以空气体积V₁为横坐标、以作动缸8的输入力F₁为纵坐标，制作气囊2的刚度曲线。

需要说明的是，上述Q′_d为Q_d对时间的一阶导数，Q″_d为Q_d对时间的二阶导数，Q″′_d为Q_d对时间的三阶导数，Q′₁为Q₁对时间的一阶导数，Q″₁为Q₁对时间的二阶导数，e′为e对时间的一阶导数，e″为e对时间的二阶导数。

具体地，实际计算时，为了简化计算，外界因素估计值

可以取固定的数值，本实施例的

取0，滑模控制系数ε取1，外界因素估计值

具体跟外界的干扰相关，ε具体跟空气悬架的具体结构相关，但是ε必须大于零。

在S4中，对不同时刻的实际流量Q₁进行滤波时，控制模块3剔除少部分较为突兀的实际流量Q₁，并保留与整体数据的变化趋势一致的离散点，这些离散点即为滤波流量Q_f。

本实施例提供的控制模块3采用自适应滑模控制方法计算线圈电压U，具有较好的鲁棒性，提高了抗扰动能力及反应时间，将计算得到的线圈电压U施加在流量控制阀1上，进而返回S1，控制模块3根据当前的流量控制阀1的实际流量Q₁再次计算线圈电压U，直至实际流量Q₁等于目标流量Q_d，对不同时刻的实际流量Q₁进行滤波并积分得到气囊2内的空气体积V₁，最后根据以空气体积V₁为横坐标、以作动缸8的输入力F₁为纵坐标制得气囊2的刚度曲线，这种控制方法得到的气囊2的刚度曲线较为准确，同时该空气悬架的控制方法能够用于测试不同目标流量对应的气囊2刚度，试验工况较为广泛。

本实施例的与流量控制阀1相关的系数c₂和c₃分别取第一预设数值和第二预设数值时，控制模块3每执行一步得到的实际流量与前一步得到的实际流量的差值的百分小于预设百分比，且控制模块3每执行一步所消耗的时长位于预设时长范围内。本实施例的预设百分比为15％，预设时长范围为20ms-100ms。

一旦空气悬架的流量控制阀1确定，c₂和c₃的值即为定值。具体地，本实施例的第一预设数值为90，第二预设数值为12，控制模块3在控制流量控制阀1的过程中，每执行一步得到的实际流量与前一步得到的实际流量的差值的百分小于15％，且控制模块3每执行一步所消耗的时长位于20ms-100ms内。在其他实施例中，流量控制阀1的结构不同，c₂所取的第一预设数值和c₃所取的第二预设数值也不相同，但是控制模块3每执行一步得到的实际流量与前一步得到的实际流量的差值的百分小于预设百分比，且控制模块3每执行一步所消耗的时长位于预设时长范围内。

为了保证实际流量Q₁最终能够等于目标流量Q_d，要求滑模函数s＝e+c₂e′+c₃e″具有稳定性。当Q″′₁＝G(t)+K₆U+d、

且

时，由李雅普诺夫函数

求导得到的V′恒小于零，表明此时滑模函数s＝e+c₂e′+c₃e″稳定，式中F_n为外界干扰力，d为外界干扰因素，

为估计误差，且

外界干扰力F_n为流量控制阀1的阀芯在动作过程中与其他零部件之间的摩擦力以及其他起到干扰流量控制阀1动作的作用力。

具体地，首先，根据李雅普诺夫函数

求得

接着将

代入Q″′₁＝G(t)+K₆U+d，并得到的Q″′₁代入s′＝e′+c₂(Q″₁-Q″_d)+c₃(Q″′₁-Q″′_d)，得到

然后将

代入

得到

最后将

代入

得到V′＝-ε|s|，由于ε为大于零的滑模控制系数，因此，V′恒小于零，由此可知滑模函数s＝e+c₂e′+c₃e″稳定，实际流量Q₁最终能够等于目标流量Q_d。

在S5和S6之间还包括：调整目标流量Q_d，并返回步骤S2，在S5中得到与调整后的目标流量Q_d对应的空气体积V₁。通过调整输入控制模块3的目标流量Q_d，能够得到与该目标流量Q_d对应的空气的实际流量Q₁，进而对该实际流量Q₁进行过滤并积分，得到与该实际流量Q₁对应的空气体积V₁，同时采集与气囊2相连的作动缸8的输入力F₁，最终制作气囊2的刚度曲线。需要说明的是，S2中输入控制模块3的目标流量Q_d可以是定值，也可以是与时间相关的函数。通过本实施例公开的空气悬架的控制方法能够准确的确定与不同空气体积V₁对应的作动缸8的输入力F₁，从而保证制作的气囊2的刚度曲线的准确性。

在S1中，如图2所示，采用流量传感器4检测经流量控制阀1出口进入气囊2内的空气的实际流量Q₁。通过流量传感器4实时检测的进入流量控制阀1出口的气体流量或者经流量控制阀1排出的气体流量，与现有的采用电磁阀6自带的压力传感器检测的压力值来标定流量值相比，结果更准确。

具体地，设计控制模块3时，首先建立数学模型：

F＝K₃i

Q＝K₄x

式中，F为流量控制阀1线圈的电磁力，x为流量控制阀1的开度，i为流量控制阀1的线圈的电流值，且F、x、i为未知量，通过上述四个公式消除F、x、i，得到Q″′＝G(t)+K₆U+d，式中的Q为上述空气的实际流量Q₁，

其次，定义流量误差e＝Q₁-Q_d，并设计滑模函数s＝e+c₂e′+c₃e″。

接着，计算s′＝e′+c₂(Q″₁-Q″_d)+c₃(Q″′₁-Q′″_d)并定义李雅普诺夫函数

其中

再接着，对李雅普诺夫函数进行求导，得

依次将s′＝e′+c₂(Q″₁-Q″_d)+c₃(Q″′₁-Q″′_d)和Q″′₁＝G(t)+K₆U+d代入

然后将

代入

以消去U，得到

最后，令

得到V′＝-ε|s|，由于ε为大于零的滑模控制系数，因此，V′恒小于零，由此可知滑模函数s＝e+c₂e′+c₃e″最终会稳定滑模面，系统稳定，即控制模块3采用自适应滑模控制方法能够使实际流量Q₁等于目标流量Q_d。

由此可知，通过

计算的线圈电压U较为合理。

具体地，如图2所示，本实施例的流量控制阀1的上游设有空气压缩机5和电磁阀6，空气经空气压缩机5压缩后经电磁阀6进入流量控制阀1。其中，如图2所示，电磁阀6还与储气罐7连通，储气罐7用于储存气囊2释放的空气。

如图2所示，本实施例的气囊2通过悬架总成9固定在试验夹具10上，气囊2上设有作动缸8，作动缸8上设有力传感器，力传感器用于检测作动缸8的输入力F₁，力传感器与控制模块3电连接，以使力传感器检测的作动缸8的输入力F₁传输给控制模块3。本实施例的悬架总成9为实际安装在车辆上的悬架结构的四分之一。

需要说明的是，图2中的虚线表示电连接，实线表示管道连接或者机械连接。具体地，控制模块3分别与流量控制阀1、流量传感器4、电磁阀6及作动缸8的力传感器电连接，而空气压缩机5、电磁阀6、流量控制阀1、流量传感器4及气囊2依次通过管道进行连接，储气罐7与电磁阀6之间也为管道连接，气囊2分别与作动缸8和悬架总成9机械连接，悬架总成9与试验夹具10之间也为机械连接。

本实施例提供的空气悬架的控制方法采用流量传感器4检测实际流量Q₁，测量结果更加准确，采用自适应滑模控制方法计算线圈电压U，对外界不确定的干扰因素起到一定的抑制作用，削弱了采用普通的滑模控制而导致的抖动或者振动的现象，具有良好的鲁棒性，调整目标流量Q_d时，控制模块3能够根据目标流量Q_d实时调整流量控制阀1的开度，从而实现对不同目标流量Q_d的刚度测试，实验工况更加广泛。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种空气悬架的控制方法，其特征在于，包括：

S1、实时检测经流量控制阀(1)出口进入气囊(2)内的空气的实际流量Q₁；

S2、控制模块(3)根据目标流量Q_d和所述实际流量Q₁采用自适应滑模控制方法计算所述流量控制阀(1)的线圈电压U，

其中，

s＝e+c₂e′+c₃e″,e＝Q₁-Q_d，式中，K₆为第一中间函数，G(t)为第二中间函数，s为滑模函数，e为流量误差，K₃为所述流量控制阀(1)的线圈电磁力与线圈电流的转换系数，K₄为空气流量与所述流量控制阀(1)开度的转换系数，m为阀芯质量，L为所述流量控制阀(1)线圈的电感，

为外界因素估计值，c₂和c₃均为与所述流量控制阀(1)相关的系数，R为所述流量控制阀(1)的总电阻，C为所述流量控制阀(1)的阀芯运动阻尼系数，K₁为阀芯运动刚度，K₂为所述流量控制阀(1)线圈的反电动势系数，ε为大于零的滑模控制系数；

S3、将S2中得到的U施加在所述流量控制阀(1)上，并返回S1，得到不同时刻的实际流量Q₁；

S4、当所述实际流量Q₁等于所述目标流量Q_d时，对不同时刻的实际流量Q₁进行滤波，得到滤波流量Q_f，同时采集与所述气囊(2)相连的作动缸(8)的输入力F₁；

S5、对滤波流量Q_f进行积分，得到进入所述气囊(2)内的空气体积V₁；

S6、以空气体积V₁为横坐标、以所述作动缸(8)的输入力F₁为纵坐标，制作所述气囊(2)的刚度曲线。

2.根据权利要求1所述的空气悬架的控制方法，其特征在于，与所述流量控制阀(1)相关的系数c₂和c₃分别取第一预设数值和第二预设数值时，所述控制模块(3)每执行一步得到的实际流量与前一步得到的实际流量的差值的百分小于预设百分比，且所述控制模块(3)每执行一步所消耗的时长位于预设时长范围内。

3.根据权利要求2所述的空气悬架的控制方法，其特征在于，所述预设百分比为15％，所述预设时长范围为20ms-100ms。

4.根据权利要求1所述的空气悬架的控制方法，其特征在于，当Q″′_i＝G(t)+K₆U+d、

且

时，由李雅普诺夫函数

求导得到的V′恒小于零，此时滑模函数s＝e+c₂e′+c₃e″稳定，式中F_n为外界干扰力，d为外界干扰因素，

为估计误差，且

5.根据权利要求1所述的空气悬架的控制方法，其特征在于，在S5和S6之间还包括：调整所述目标流量Q_d，并返回步骤S2，在S5中得到与调整后的所述目标流量Q_d对应的空气体积V₁。

6.根据权利要求1所述的空气悬架的控制方法，其特征在于，在S1中，采用流量传感器(4)检测经所述流量控制阀(1)出口进入所述气囊(2)内的空气的实际流量Q₁。

7.根据权利要求1所述的空气悬架的控制方法，其特征在于，所述流量控制阀(1)的上游设有空气压缩机(5)和电磁阀(6)，空气经所述空气压缩机(5)压缩后经所述电磁阀(6)进入所述流量控制阀(1)。

8.根据权利要求7所述的空气悬架的控制方法，其特征在于，所述电磁阀(6)还与储气罐(7)连通，所述储气罐(7)用于储存所述气囊(2)释放的空气。

9.根据权利要求1所述的空气悬架的控制方法，其特征在于，所述气囊(2)上设有作动缸(8)，所述作动缸(8)上设有力传感器，所述力传感器用于检测所述作动缸(8)的输入力F₁。

10.根据权利要求1所述的空气悬架的控制方法，其特征在于，所述气囊(2)通过悬架总成(9)固定在试验夹具(10)上。

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