一种汽车空气悬架电子控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种汽车空气悬架电子控制系统，属于汽车电子控制技术领域，其包括信号采集单元、上层控制模块、底层控制模块和执行机构，且相互间的信息流及能量流的交换与传递是由控制电路负责实施。本发明专利技术还公开了该系统的控制方法，上层控制模块能根据汽车工况信号实时优化出悬架的刚度及阻尼，并输送给底层控制模块作为其参考输入信号，底层控制模块再根据悬架的参考刚度及阻尼与当前刚度及阻尼的偏差，调用鲁棒控制程序生成控制指令并以此来调节空气弹簧及减振器的执行机构。本发明专利技术是在现有控制系统基础上改进设计的，尽可能继承了原控制系统零部件，使得在成本少许增加的情况下提高了整个电子控制系统的运算速度，汽车性能得到良好改善。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车电子控制
，具体涉及一种汽车空气悬架电子控制系统及其控制方法。
技术介绍
与被动悬架相比，电子控制空气悬架(Electronically Controlled Air Suspension，简称ECAS)能在汽车良好路面行驶时降低悬架参数从而提高乘坐舒适性，或能在凹凸路面行驶时增大悬架参数从而提高操纵稳定性，且车轴垂向加速度小可以降低路面破坏和提高抓地性能；而与主动悬架相比，其具有结构简单、能耗低和容易实现。在欧美日等汽车发达国家，ECAS已经广泛应用于高级客车、重型货车、中型货车、挂车、特种车辆(隔振要求高的仪表车、救护车等)和豪华乘用车；而我国交通部早在2010年制定《营运客车类型划分及等级评定》中规定高级客车必须配置空气悬架。可以预见的是，随着空气悬架在我国客车上的成功应用，必会走上电子化、智能化的轨道上来，并将会广泛应用于高级客车、重型卡车和高档轿车等各类车型上来。因此，对于我国汽车业界而言，ECAS不仅具有广阔的应用前景，更重要的是可以较快提升国产汽车的档次、技术水平和市场竞争力，发展ECAS技术对促进我国汽车技术、经济和社会发展具有重要的现实意义和深远影响。尽管ECAS目前达到了最初的设计目的，但仍然存在不少问题需要解决，其性能和功能亟待进一步完善，尤其是在我国汽车工业，对于ECAS的研究和应用还有很长的路要走，其中问题之一是，由于ECAS汽车在道路行驶中ECAS悬架刚度及阻尼会因调控发生改变；此外，车辆载荷工况、轮胎刚度和行驶环境等均也会发生变化，等诸如此类变化。因此，ECAS是一个受到诸多不确定性因素影响的综合系统。这就需要深入研究ECAS性能与参数摄动、外界干扰之间的相互影响、相互制约关系。如何抑制模型参数摄动和外部扰动等不确定性的影响，保持ECAS系统的稳定和性能鲁棒性，已引起汽车界科技人员的广泛注意。而μ理论为解决上述问题提供了可能，从理论上消除了上述各种控制的缺陷，使系统在模型参数摄动及外
界扰动下具有相当好的稳定和性能鲁棒性，能较好保障汽车的行驶品质。基于前期的研究发现及文献报道可知，μ理论的基本思想是将输入、输出、传递函数、不确定性等进行关联重构，以隔离所有的摄动。μ方法除了在理论上不具有保守性外，还能将鲁棒稳定性与鲁棒性能协调统一，即通过μ分析与μ综合，使ECAS系统动态设计问题转变为一个控制系统的鲁棒性问题。因此，μ理论可以分析具有参数摄动和外扰影响下的ECAS鲁棒性。使ECAS良好跟踪汽车性能的同时隔离不确定性影响，表现较好的稳定性。而如何将外部干扰、不确定性因素和非线性ECAS系统模型进行关联重构，以隔离所有的摄动(含外部干扰、不确定性因素)，再通过μ分析与μ综合，使ECAS控制系统设计问题转变为一个系统模型的鲁棒性问题进行求解，这是本专利技术所需要解决的问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种汽车空气悬架电子控制系统，本专利技术的另一目的在于提供汽车空气悬架电子控制系统的控制方法。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种汽车空气悬架电子控制系统，其包括信号采集单元、上层控制模块、底层控制模块和执行机构，所述的信号采集单元、上层控制模块、底层控制模块和执行机构通过控制电路依次相连；所述的控制电路包括MCU核心电路、信号采集单元电路、控制输出电路、存储电路、通信电路和电源电路；所述上层控制模块中设有上层MCU；所述底层控制模块中设有底层MCU；其中，所述的MCU核心电路为上层MCU或底层MCU的运算、判断和决策提供能量流和信息流；所述的信号采集单元电路和电源电路均与上层控制模块的输入信号接口电路相连接，为上层控制模块提供信息流和能量流，上层控制模块的输出信号接口电路与底层控制模块的输入信号接口电路相连接，为底层控制模块提供信息流和能量流，底层控制模块的控制输出接口电路分别与空压机驱动电路、空气弹簧调控电路和减振器调控电路相连接，为空压机、空气弹簧和减振器工作状态的调节输出指令并加以功率放大。所述上层控制模块还包括储存于ROM的免疫控制程序；所述底层控制模块还包括储存于ROM的鲁棒控制程序；所述的免疫控制程序能根据车身垂向加速度、悬架动挠度和车轴垂向加速度信息，利用免疫算法求解出与汽车状态相匹配
的悬架刚度及阻尼，并将此数字信号输出给底层控制模块，并作为其刚度及阻尼的输入参考；底层控制模块的鲁棒控制程序再根据悬架刚度及阻尼的参考值与当前的实际值的偏差，进行运算、判断和决策，并生成空气弹簧及减振器的执行机构的调控指令，使得空气弹簧和减振器的性能动态跟踪整车性能变化。其还包括信号采集单元、空压机继电器、空气弹簧电磁阀、减振器步进电机及车载电源；所述的信号采集单元通过信号线与上层控制模块的I端口相连，上层控制模块的O端口通过信号线与底层控制模块的I端口相连，底层控制模块的O端口通过信号线与空压机继电器、空气弹簧电磁阀和减振器步进电机分别相连；所述的车载电源通过电源线与上层控制模块、底层控制模块、空压机继电器、空气弹簧电磁阀和减振器步进电机分别相连。在所述的电源电路串联于汽车启动电源开关上。所述的电源电路串联于设置汽车方向盘转向柱的启动电源开关上；当汽车钥匙处于启动电源开关ON位置时，ECAS控制电路通电；相反，汽车钥匙处于启动电源开关OFF位置时，ECAS控制电路断电。在所述的上层控制模块和空压机继电器之间设置储气罐气压传感器。所述的汽车空气悬架电子控制系统的控制方法，包括如下步骤：1)汽车钥匙插入电源启动开关并转向ON位置，空气悬架的电子控制系统的电路与车载蓄电池接通，信号采集单元的传感器进入工作状态，进行采集储气罐气压、车身垂向加速度、悬架动挠度和车轴垂向加速度等信号；2)电子控制系统将储存于ROM储气罐参考气压Pref与储气罐气压传感器采集到的当前实际气压P进行比较，并通过两者偏差来控制空压机继电器工作状态，若偏差大于0.1bar则空压机继电器闭合使空压机启动工作，给储气罐充气直到气压偏差恢复0时空压机继电器断开；若气压偏差小于0.1bar则进入步骤3)；3)上层控制模块根据信号采集单元的其他信息，启用存储于ROM的免疫控制程序，对车身垂向加速度、悬架动挠度和车轴垂向加速度加权之和视为抗体、空气弹簧刚度及减振器阻尼均视为B细胞、以最佳整车综合性能指标视为抗原，并为抗体、抗原和B细胞进行编码，经过繁殖、变异和更新一系列过程，利用抗体浓度选择模型方法求解出与汽车性能协调匹配的悬架刚度及阻尼，并将此数字信号输送给底层控制模块的I端口，作为底层控制模块的悬架刚度及阻尼输入
参考，进入步骤4)；4)底层控制模块接收到输入信号后，启动存储于底层ROM的鲁棒控制程序，一方面根据悬架刚度偏差生成空气弹簧调控指令，并将指令向空气弹簧执行机构发送，直到刚度偏差为0；与此同时，根据阻尼偏差生成减振器调控指令，并将指令向减振器执行机构发送，直到阻尼偏差趋近0为止，进入步骤5)；5)电子控制系统的一个调控周期结束后，信号采集单元进入下一个采样周期，控制系统重复步骤2)至步骤4)的过程，依此循环往复直到汽车启动电源开关切断电源为止。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的一种汽车空气悬架电子控制系统及其控制方法，优点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车空气悬架电子控制系统，其特征在于：其包括信号采集单元、上层控制模块(102)、底层控制模块(103)和执行机构，所述的信号采集单元、上层控制模块(102)、底层控制模块(103)和执行机构通过控制电路依次相连；所述的控制电路包括MCU核心电路、信号采集单元电路、控制输出电路、存储电路、通信电路和电源电路；所述上层控制模块(102)中设有上层MCU；所述底层控制模块(103)中设有底层MCU；其中，所述的MCU核心电路为上层MCU或底层MCU的运算、判断和决策提供能量流和信息流；所述的信号采集单元电路和电源电路均与上层控制模块(102)的输入信号接口电路相连接，为上层控制模块(102)提供信息流和能量流，上层控制模块(102)的输出信号接口电路与底层控制模块(103)的输入信号接口电路相连接，为底层控制模块(103)提供信息流和能量流，底层控制模块(103)的控制输出接口电路分别与空压机驱动电路、空气弹簧调控电路和减振器调控电路相连接，为空压机、空气弹簧和减振器工作状态的调节输出指令并加以功率放大。

【技术特征摘要】
1.一种汽车空气悬架电子控制系统，其特征在于：其包括信号采集单元、上层控制模块(102)、底层控制模块(103)和执行机构，所述的信号采集单元、上层控制模块(102)、底层控制模块(103)和执行机构通过控制电路依次相连；所述的控制电路包括MCU核心电路、信号采集单元电路、控制输出电路、存储电路、通信电路和电源电路；所述上层控制模块(102)中设有上层MCU；所述底层控制模块(103)中设有底层MCU；其中，所述的MCU核心电路为上层MCU或底层MCU的运算、判断和决策提供能量流和信息流；所述的信号采集单元电路和电源电路均与上层控制模块(102)的输入信号接口电路相连接，为上层控制模块(102)提供信息流和能量流，上层控制模块(102)的输出信号接口电路与底层控制模块(103)的输入信号接口电路相连接，为底层控制模块(103)提供信息流和能量流，底层控制模块(103)的控制输出接口电路分别与空压机驱动电路、空气弹簧调控电路和减振器调控电路相连接，为空压机、空气弹簧和减振器工作状态的调节输出指令并加以功率放大。2.根据权利要求1所述的一种汽车空气悬架电子控制系统，其特征在于：所述上层控制模块(102)还包括储存于ROM的免疫控制程序；所述底层控制模块(103)还包括储存于ROM的鲁棒控制程序；所述的免疫控制程序能根据车身垂向加速度、悬架动挠度和车轴垂向加速度信息，利用免疫算法求解出与汽车状态相匹配的悬架刚度及阻尼，并将此数字信号输出给底层控制模块(103)，并作为其刚度及阻尼的输入参考；底层控制模块(103)的鲁棒控制程序再根据悬架刚度及阻尼的参考值与当前的实际值的偏差，进行运算、判断和决策，并生成空气弹簧及减振器的执行机构的调控指令，使得空气弹簧和减振器的性能动态跟踪整车性能变化。3.根据权利要求1所述的汽车空气悬架电子控制系统，其特征在于：其还包括信号采集单元(101)、空压机继电器(104)、空气弹簧电磁阀(105)、减振器步进电机(106)及车载电源(108)；所述的信号采集单元(101)通过信号线与上层控制模块(102)的I端口相连，上层控制模块(102)的O端口通过信号线与底层控制模块(103)的I端口相连，底层控制模块(103)的O端口通过信号线与空压机继电器(104)、空气弹簧电磁阀(105)和减振器步进电机(106)分别相连；所述的车载电源(108)通过电源线与上层控制模块(102)、底层控
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【专利技术属性】
技术研发人员：袁春元，潘秀杰，景旭文，周宏根，王新彦，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32