CN114619824A - 车身控制方法、控制装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

车身控制方法、控制装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车身控制方法、控制装置、电子设备及存储介质，属于车辆的空气悬架控制领域。本系统主要由车身高度传感器、速度传感器、压力传感器、充放气电磁阀、磁流变阻尼器、控制单元ECU组成。本系统和控制方法应用于半主动空气悬架系统，实现电磁阀开关控制和可调阻尼减振器阻尼力调节的协调控制，实现空气悬架车身高度与可调阻尼减振器分层控制。通过调节车身高度和磁流变阻尼器阻尼力，获得良好的平顺性和操纵稳定性，同时避免电磁阀开关的频繁切换。

Description

车身控制方法、控制装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及一种车身控制方法、电子设备及存储介质，属于车辆的空气悬架系统控制领域。
背景技术
电控空气悬架可以提高车辆的平顺性和操纵稳定性，为了实现电磁阀开关状态离散变量和可调阻尼减振器连续变量之间的协调控制，提出一种电控空气悬架车身高度与可调阻尼分层控制策略。该方法不仅能有效调节车身高度、减震器阻尼力，同时可以避免电磁阀频繁切换，降低能量损耗。
发明专利CN112793375A提出一种汽车阻尼连续可调半主动悬架电控装置及其控制方法，可以针对路面条件、驾驶工况及驾驶员要求实现四个半主动悬架阻尼力的自适应可变调整，该专利只控制设置在车身悬架位置的减振器电磁阀。发明专利CN110886804A提出一种内置电磁阀式半主动阻尼连续可调减振器及控制方法，该控制方法可对减振器进行软硬阻尼的不同模式连续切换控制，将电磁阀与阻尼连续可调减振器内部的活塞合理集成，且阀芯部分采用了有不同的截面结构，同时阀芯周围设计了导向，使得阀芯更稳定。该方案主要解决实现车辆更好的减振，又可以实现不同舒适程度的阻尼调节。发明专利CN104960396A提出一种分层架构的电控空气悬架整车高度控制方法，根据车身实际高度与目标高度的差值以及所设置的滞回区间，采用PID控制器实现车身目标高度的追踪，方案用来解决车身高度调节过程中的过充过放以及振荡现象。
发明内容
本发明提出的车身控制方法、控制装置、电子设备及存储介质，目的在于利用控制电磁阀的开闭进行空气弹簧充放气和保压操作，完成车身高度调节。同时在进行车高调节时，通过计算得到调节过程中的最优阻尼力，并反推得到流经磁流变阻尼器的电流完成车身高度和阻尼力的分层控制。
为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
本发明首先提供一种车身控制方法，其特征在于，包括：
采集车身高度信号、车身速度信号、车身垂向加速度信号、空气弹簧压力信号以及储气罐压力信号；
根据采集的车身高度信号、空气弹簧高度信号、车身速度信号，判断空气弹簧需要进行充气、放气还是保压操作，如果需要充气或放气，则控制电磁阀的开闭，根据测得的车身高度信号、空气弹簧高度信号、空气弹簧压力信号、储气罐压力信号进行车身高度调节；
在进行车身高度调节过程中，根据悬架动行程、轮胎动位移、车身加速度信息，获得最优控制力；
将获得的最优控制力作为磁流变阻尼器的阻尼力，控制磁流变阻尼器的输入电流，提高整车的平顺性和操纵稳定性。
本发明还提供一种车身控制装置，包括车身高度传感器、车速传感器、压力传感器、充放气电磁阀、磁流变阻尼器以及控制单元ECU，其特征在于，所述控制单元ECU按照所述车身控制方法对车身悬架系统进行调整。
本发明还提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现项所述的车身控制方法。
本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现项所述的车身控制方法。
本发明的有益效果是：
(1)本方法通过上下分层控制策略实现电磁阀开闭调节车身高度和磁流变减震器阻尼力之间的协调控制，避免电磁阀频繁切换的问题，从而可以延长电磁阀的使用寿命；
(2)本方法通过上层控制进行车身高度调节，下层设计的LQG控制器，以控制考虑降低簧上质量四角处的加速度、降低悬架动行程，轮胎动位移等最小为目标得到最优控制电流，输出可调的阻尼力，可以降低控制能耗。
附图说明
图1为单个空气悬架二自由度动力学模型；
图2整车七自由度空气悬架动力学模型
图3为分层控制原理图。
图中，m2簧载质量，m1非簧载质量，c阻尼减振器系数，kt轮胎刚度，z2簧载质量位移，z1为非簧载质量位移，q路面激励。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对技术方案进行清楚、完整地描述。
本实施例提供一种车身控制方法，包括：
步骤1，采集车身高度信号、车身速度信号、车身垂向加速度信号、空气弹簧压力信号以及储气罐压力信号。
其中，车身高度信号可通过车身高度传感器获取，车身速度信号可通过车辆控制器获取，
空气弹簧压力信号以及储气罐压力信号可通过压力传感器获取。
步骤2，根据采集的车身高度信号、空气弹簧高度信号、车身速度信号，判断空气弹簧需要进行充气、放气还是保压操作，如果需要充气或放气，则控制电磁阀的开闭，根据测得的车身高度信号、空气弹簧高度信号、空气弹簧压力信号、储气罐压力信号进行车身高度调节。
车身高度调节的方法是：先设定不同模式下的车身高度目标值，车身高度调节允许误差，车身高度调节极限误差，并进行存储。根据车身高度传感器测得的车身高度、压力传感器测得的储气罐和空气弹簧压强，将测量参数信息传递给信息处理单元，通过ECU控制电磁阀的充气、放气、以及保压操作。当测得的车身高度值与设定值处于容许误差范围内时，提前进行保压操作，进而避免出现过充和过放现象。对车身高度持续超过极限误差的时间进行判断以防止系统误调节进行反复调节而损坏电磁阀零件寿命或者带来安全隐患。
步骤3，在进行车身高度调节过程中，根据悬架动行程、轮胎动位移、车身加速度信息，获得最优控制力。
获得最优控制力的步骤包括：
建立悬架二自由度动力学模型：
图1为1/4车空气悬架二自由度系统模型，模型表达式为：
Figure BDA0003564421270000031
式中：m1为非簧载质量，
Figure BDA0003564421270000032
为非簧载质量加速度，
Figure BDA0003564421270000033
为非簧载质量速度，z1为非簧载质量位移，m2为簧载质量，
Figure BDA0003564421270000034
为车身垂向加速度，
Figure BDA0003564421270000035
为车身垂向速度，z2为簧载质量位移，kt为轮胎刚度，k为空气弹簧刚度，Fa为可控阻尼力，c为阻尼器自身阻尼力，q为路面垂向激励；
状态空间表达式为：
X＝AX+BU
Y＝CX+DU
定义状态变量
Figure BDA0003564421270000041
输入量U＝[Fa q]T，输出量
Figure BDA0003564421270000042
式中：z2-z1为悬架动行程，z1-q为轮胎动位移；
可得：
Figure BDA0003564421270000043
Figure BDA0003564421270000044
以悬架最优控制为目标，通过车身加速度、悬架动行程、轮胎动位移三个指标作为优化目标，建立悬架综合性能指标函数为：
Figure BDA0003564421270000045
其中，J为性能指标；q1、q2、q3、q4分别为车身加速度、悬架动行程、轮胎动位移和磁流变阻尼器可调阻尼力加权系数；Fa为磁流变阻尼器的阻尼力；
获得最优控制力的计算公式为：
F＝-KX＝-(BTP+NT)X
式中：F＝Fa为最优控制力；N为两种变量的相关加权矩阵，N＝CTqD；P为对称正定解，由Riccati方程求出：
PA+ATP-(PB+N)R-1(BTP+NT)+q＝0。
步骤4，将获得的最优控制力作为磁流变阻尼器的阻尼力，控制磁流变阻尼器的输入电流，提高整车的平顺性和操纵稳定性。
磁流变阻尼器力Fa与电流I的关系表达式：
当
Figure BDA0003564421270000046
时，
Figure BDA0003564421270000051
当
Figure BDA0003564421270000052
时，
Figure BDA0003564421270000053
式中，Fa为磁流变阻尼器的阻尼力；I为磁流变阻尼器的输入电流；
Figure BDA0003564421270000054
为车身垂向速度；
Figure BDA0003564421270000055
为非簧载质量速度。
本实施例提供一种车身控制装置，包括车身高度传感器、压力传感器、充放气电磁阀、磁流变阻尼器和控制单元ECU；根据车辆平顺性和操作稳定性要求，在满足车身高度调节的情况下，尽可能降低车身加速度、悬架动行程、轮胎动位移信息，获得最优控制力。
1)当根据最优控制力计算所得的输出阻尼力大于磁流变阻尼器的最大输出阻尼力并且悬架振动速度较大时，控制器输出最大电流，控制阻尼器输出最大阻尼力。
2)当根据最优控制计算所得的输出阻尼力小于磁流变阻尼器的最小输出阻尼力并且悬架振动速度较小时，控制器输出最小电流，控制阻尼器输出最小阻尼力。
3)当根据最优控制计算所得的输出阻尼力符合磁流变阻尼器输出力范围时，磁流变阻尼器输出最优控制力，以最优控制力、悬架动行程、悬架振动速度作为阻尼力逆模型的输入，根据阻尼器逆模型计算出最优控制力对应的预期电流，控制器输出预期电流。
本实施例车身控制装置采用分层控制方法，如图3所示，包括：
(1)信息获取。获取空气悬架的高度、整车车身的高度、储气罐/空气弹簧的压强、车身加速度信息，与各状态车身和悬架设计高度进行比较，判断空气悬架进行充气、放气或者保压操作。
(2)最优阻尼力输出控制。结合车身加速度、悬架动行程、轮胎动位移，根据最优控制函数确定最优控制力，进而转变为控制流经电磁阀减震器的电流，输出最优阻尼力，得到最优控制指标。ECU进行充放气电磁阀、减震器电流控制执行，执行完成2秒后进行校正，如在误差范围内，则结束，关闭控制系统。如不满足则继续上述流程，直到达到要求为止。
本发明还提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现项实施例的车身控制方法。
本发明实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上实施例的智能电动汽车。

Claims (9)

1.一种车身控制方法，其特征在于，包括：
采集车身高度信号、车身速度信号、车身垂向加速度信号、空气弹簧压力信号以及储气罐压力信号；
根据采集的车身高度信号、空气弹簧高度信号、车身速度信号，判断空气弹簧需要进行充气、放气还是保压操作，如果需要充气或放气，则控制电磁阀的开闭，根据测得的车身高度信号、空气弹簧高度信号、空气弹簧压力信号、储气罐压力信号进行车身高度调节；
在进行车身高度调节过程中，根据悬架动行程、轮胎动位移、车身加速度信息，获得最优控制力；
将获得的最优控制力作为磁流变阻尼器的阻尼力，控制磁流变阻尼器的输入电流，提高整车的平顺性和操纵稳定性。
2.根据权利要求1所述的车身控制方法，其特征在于，根据悬架动行程、轮胎动位移、车身加速度信息，获得最优控制力，包括：
建立悬架二自由度动力学模型：
Figure FDA0003564421260000011
式中：m1为非簧载质量，
Figure FDA0003564421260000012
为非簧载质量加速度，
Figure FDA0003564421260000013
为非簧载质量速度，z1为非簧载质量位移，m2为簧载质量，
Figure FDA0003564421260000014
为车身垂向加速度，
Figure FDA0003564421260000015
为车身垂向速度，z2为簧载质量位移，kt为轮胎刚度，k为空气弹簧刚度，Fa为可控阻尼力，c为阻尼器自身阻尼力，q为路面垂向激励；
状态空间表达式为：
X＝AX+BU
Y＝CX+DU
定义状态变量
Figure FDA0003564421260000016
输入量U＝[Fa q]T，输出量
Figure FDA0003564421260000017
式中：z2-z1为悬架动行程，z1-q为轮胎动位移；
可得：
Figure FDA0003564421260000018
Figure FDA0003564421260000021
以悬架最优控制为目标，通过车身加速度、悬架动行程、轮胎动位移三个指标作为优化目标，建立悬架综合性能指标函数为：
Figure FDA0003564421260000022
其中，J为性能指标；q1、q2、q3、q4分别为车身加速度、悬架动行程、轮胎动位移和磁流变阻尼器可调阻尼力加权系数；Fa为磁流变阻尼器的阻尼力；
获得最优控制力的计算公式为：
F＝-KX＝-(BTP+NT)X
式中：F＝Fa为最优控制力；N为两种变量的相关加权矩阵，N＝CTqD；P为对称正定解，由Riccati方程求出：
PA+ATP-(PB+N)R-1(BTP+NT)+q＝0。
3.根据权利要求2所述的车身控制方法，其特征在于，加权系数q1、q2、q3、q4根据不同的控制目标确定，控制目标1为提高平顺性，控制目标2为提高操纵稳定性，控制目标3为提高综合性能。
4.根据权利要求1-3任一所述的车身控制方法，其特征在于，根据采集的车身垂向位移信号、空气弹簧高度信号、车身垂向加速度信号、空气弹簧压力信号以及储气罐压力信号，判断判断空气弹簧需要进行充气、放气还是保压操作，如果需要充气或放气，则控制电磁阀的开闭，进行车身高度调节，这一步骤中，调节后的车身高度为：
hlf＝z2+csinφ-asinθ
hrf＝z2-dsinφ-asinθ
hlr＝z2+csinφ+bsinθ
hrr＝z2-dsinφ+bsinθ
式中，hlf、hrf、hlr、hrr分别为左前侧悬架高度、右前侧悬架高度、右前侧悬架高度、左后侧悬架高度、右后侧悬架高度；a、b分别为前、后轴到车辆质心的纵向距离；d、c分别为左、右悬架到车辆质心的侧向距离；θ为悬架侧倾角；Φ为悬架俯仰角；z2为车身位移。
5.根据权利要求4所述的车身控制方法，其特征在于，首先根据车速信息和当前车身高度判断目前车高是否需要调节；
根据车速信息将车身高度调节区间设置为四档：高位、标准位、低位、超低位；对应的车速分别为V<20、20≤V≤40、40＜V≤80、V＞80，车速单位为：km/h；为防止车速在临界值上下浮动时电磁阀的频繁开闭情况，以车速在某一区间停留时间超过5秒为界限，否则不调节；
控制器根据采集到的当下车身高度信号，与设计目标高度值进行比较，判断空气弹簧需要进行充气、放气还是保压操作；如果需要调节，则控制电磁阀的开闭，进行车身高度调节；
调节方案具体如下：
设定目标高度值h，在目标高度值处设立容许误差[h1,h2]，在此取容许误差为±0.002m，使车身高度达到目标值之前提前进行保压操作，进而避免出现过充和过放现象；
同时设立极限误差[h3,h4]，在此取极限误差为±0.005m，并对车身高度持续超过极限误差的时间进行判断以防止系统误调节而损坏电磁阀等零件寿命，在此判断车身高度持续超过极限误差的采样次数为10，时间为5秒；
对空气弹簧进行充放气操作，检测调节后车高值与目标车高值之间的差值；如果在允许误差范围之内，则进行保压操作，关闭电磁阀；如果超出极限误差范围，则重新进行高度判断。
6.根据权利要求1-3任一所述的车身控制方法，其特征在于，将获得的最优控制力作为磁流变阻尼器的阻尼力，控制磁流变阻尼器的输入电流，提高整车的平顺性和操纵稳定性，这一步骤中，控制磁流变阻尼器的输入电流的方法是：
根据磁流变阻尼器的阻尼力与电流的关系进行输入电流的控制，其中磁流变阻尼器的阻尼力与电流的关系表达式为：
当
Figure FDA0003564421260000031
时，
Figure FDA0003564421260000032
当
Figure FDA0003564421260000033
时，
Figure FDA0003564421260000034
式中，Fa为磁流变阻尼器的阻尼力；I为磁流变阻尼器的输入电流，
Figure FDA0003564421260000041
为车身垂向速度；
Figure FDA0003564421260000042
为非簧载质量速度。
7.一种车身控制装置，包括车身高度传感器、车速传感器、压力传感器、充放气电磁阀、磁流变阻尼器以及控制单元ECU，其特征在于，所述控制单元ECU按照权利要求1-6任一所述车身控制方法对车身悬架系统进行调整。
8.一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-6中任一项所述的车身控制方法。
9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的车身控制方法。
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