一种空气悬架控制系统及其内模控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种空气悬架系统及其内模控制方法，包括空气弹簧、传感器组件、执行机构和ECU，ECU根据不同工况向执行机构发出信号，通过控制可调阻尼减振器节流口面积调节车辆悬架的阻尼，通过控制空气弹簧的充放气改变车身高度；通过控制主副气室之间的空气阀改变空气悬架的刚度。本发明专利技术在现有空气悬架控制器基础上进行改进，具有结构简单，成本低廉，稳定可靠。通过逆形成而设计的内模控制器，使Q(s)无限接近M

An air suspension control system and its internal model control method

【技术实现步骤摘要】
一种空气悬架控制系统及其内模控制方法
本专利技术属于车辆悬架控制
，具体涉及一种空气悬架控制系统及其内模控制方法。
技术介绍
汽车作为当今社会重要的交通工具，起着运输人员与货物的作用，但是随着经济的发展，社会的变迁，人们生活水平的提高以及生产、生活资料的丰富，人们对汽车保护乘客与货物不受路面颠簸的影响的性能的要求越来越高，提高汽车平顺性势在必行。汽车悬架作为影响汽车平顺性最重要的部分，由弹性元件、导向装置和减振器等三部分组成，具有缓和不平路面对车身的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动的作用。不论汽车是否处于满载状态，空气弹簧内的压缩气体的气压都能够随着路面状况的不同和悬架载荷的不同自行改变，装配空气悬架的汽车其整车高度可以维持不变，使得车身姿态维持稳定，极大提高乘坐舒适性和货物的完好程度，同时可以防止路面受到车轮冲击而损坏。与其他控制理论相比，内模控制具有无需精确的数学模型，且能够有效的对外界扰动进行补偿，通过引入干扰抑制控制器和目标值跟踪控制器，可以进一步抑制模型参数摄动从而获得良好的鲁棒性，而且结构简单。因此，基于内模控制研究汽车空气悬架的控制系统具有重要的研究意义。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种空气悬架控制系统及其内模控制方法。技术方案：本专利技术的一种空气悬架控制系统，包括传感器组件、ECU和执行机构，传感器组件包括气压传感器、车身垂直加速度传感器和车身高度传感器，执行机构包括排气电磁阀、空气压缩机和步进电机；车身垂直加速度传感器和车身高度传感器将其收集的数据直接传输至ECU，ECU通过信号线分别与排气电磁阀和步进电机相连，排气电磁阀的另一端连接于空气弹簧，空气弹簧由储气筒供气，储气筒上安装有空气干燥器和气压传感器，气压传感器将其收集的数据传输至ECU，空气干燥器的另一端连接有空气压缩机，空气压缩机上的继电器与ECU相连接；步进电机上依次连接有减振器回转阀和可调阻尼减振器。其中，.排气电磁阀用于控制空气弹簧的放气；空气压缩机继电器用于控制空气压缩机工作，使空气弹簧充气；.步进电机使减振器回转阀工作病调整悬架阻尼。进一步的，所述ECU基于内模控制软件的控制器，且控制软件基于内模控制策略；空气悬架车辆系统实际模型与其标准名义模型并联，车身垂向加速度传感器采集到的加速度信号与标准名义模型的理论垂向加速度作差，然后将此偏差值输送给控制器(即图2中的节点1处)，控制器再次将该偏差值与预设参考垂向加速度输入目标值跟踪控制器的输出量作差，再将新差值输入到干扰抑制控制器来抑制参数摄动和外部干扰，使系统输出逼近预设参考值，重构内模控制器抑制外界扰动(譬如突然横风和坑洼路面等)，从而达到提高乘坐舒适性的目的。其中，实际模型指的是车辆在实际行驶过程中的模型，标准模型只能是通过动力学方程建立的数学模型，是个理想模型。现有技术有标准模型，而实际模型就是被控过程。进一步的，所述目标值跟踪控制器的滤波时间常数通过PSO算法优化得到。进一步的，所述干扰抑制控制器的滤波时间常数通过PSO算法优化得到。本专利技术还公开了一种空气悬架控制系统的内模控制方法，包括以下步骤：1)、空气悬架车辆系统标准名义模型M(s)的建立；2)、设计干扰抑制控制器Q(s)，令Q(s)＝M-1(s)，无论外界干扰v(s)是否为0，系统输出y(s)都与外界干扰D(s)无关；首先设计一个稳定的理想控制器(即是指令Q(s)＝M-1(s)，即可获得理想的设定值跟踪和完全的干扰抑制效果，这种理想的控制器甚至不需要进一步整定控制器参数)，而不考虑系统的鲁棒性和约束；其次引入滤波器，通过调整滤波器的结构和参数来获得期望的动态品质和鲁棒性；令Q(s)＝f(s)[M_(s)]-1，α2为滤波时间常数，且其值的选取是应用PSO算法优化得到；3)、设计目标值跟踪控制器F(s)，具体是，令α1为滤波时间常数，且其值的选取是基于PSO算法优化得到；4)、根据路面激励，应用空气悬架车辆系统模型M(s)计算出理论车体垂向加速度ag；5)、车身垂向加速度传感器采集到实际车体垂向加速度af；6)、将采集到的实际车身垂直加速度af与理论值ag作差，获得偏差量Δω1，并将其反馈给ECU；7)、预设参考垂向加速度a*作为目标值跟踪控制器F(s)的输入，将其输出与步骤6)中的误差信号Δω1作差，得到新的偏差Δω2，并作为干扰抑制控制器Q(s)的输入；车身垂直加速度的输出表达式为：式中：s为复变量，Q(s)为干扰抑制控制器，F(s)为目标值跟踪控制器，P(s)为被控对象模型，M(s)为内部模型，a*为期望垂向加速度值，D(s)为外界随机扰动，y(s)为车身垂直加速度输出值；8)、将步骤～步骤应用C语言编写控制程序，经过编译链接成功后下载到ECU存储器中。有益效果：车辆悬架的评价指标包括：车身垂向加速度(影响车辆的乘坐舒适性)、轮胎动载荷(影响车辆的轮胎接地性)、悬架动行程(影响车辆的车身的姿态)。本专利技术在现有空气悬架控制器基础上进行改进，具有结构简单，成本低廉，稳定可靠。通过逆形成而设计的内模控制器，使Q(s)无限接近M-1(s)，使车辆在行驶的过程中，输出的车体垂向加速度逼近车体垂向加速度的参考值，对外界扰动进行有效的补偿，提高系统的鲁棒性，使得车辆操纵稳定性和乘坐舒适性进一步改善。附图说明图1为本专利技术中空气悬架系统构成图；图2为本专利技术中内模控制程序框图；图3为本专利技术中内模控制开发流程图；图4为本专利技术中空气悬架车辆系统简化模型；图5为本专利技术中PSO算法流程图；图6为本专利技术中车辆简化建模与仿真图。具体实施方式下面对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。如图1所示，本专利技术的一种空气悬架控制系统，包括传感器组件、ECU和执行机构，传感器组件包括气压传感器、车身垂直加速度传感器和车身高度传感器，执行机构包括排气电磁阀、空气压缩机和步进电机；车身垂直加速度传感器和车身高度传感器将其收集的数据直接传输至ECU，ECU通过信号线分别与排气电磁阀和步进电机相连，排气电磁阀的另一端连接于空气弹簧，空气弹簧由储气筒供气，储气筒上安装有空气干燥器和气压传感器，气压传感器将其收集的数据传输至ECU，空气干燥器的另一端连接有空气压缩机，空气压缩机上的继电器与ECU相连接；步进电机上依次连接有减振器回转阀和可调阻尼减振器。其中，车身垂直加速度传感器用来采集车身的垂向加速度信号，作为输入端传到中央处理器ECU中，且安装在车身的质心处。车身高度传感器用来采集车高度信号，作为输入端传到中央处理器中，且安装在车身的质心处。气压传感器采集气压信号并将信号传到ECU中，ECU控制空气压缩机工作，且安装于储气筒中。上述电磁阀组(包括排气电磁阀和空气阀)安装在前后左右四个轮胎与悬架间，通过进气和放气改变空气弹簧的行程，控制车本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气悬架控制系统，其特征在于：包括传感器组件、ECU和执行机构，所述传感器组件包括气压传感器、车身垂直加速度传感器和车身高度传感器，所述执行机构包括排气电磁阀、空气压缩机和步进电机；所述车身垂直加速度传感器和车身高度传感器将其收集的数据直接传输至ECU，ECU通过信号线分别与排气电磁阀和步进电机相连，排气电磁阀的另一端连接于空气弹簧，空气弹簧由储气筒供气，储气筒上安装有空气干燥器和气压传感器，气压传感器将其收集的数据传输至ECU，空气干燥器的另一端连接有空气压缩机，空气压缩机上的继电器与ECU相连接；所述步进电机上依次连接有减振器回转阀和可调阻尼减振器。/n

【技术特征摘要】
1.一种空气悬架控制系统，其特征在于：包括传感器组件、ECU和执行机构，所述传感器组件包括气压传感器、车身垂直加速度传感器和车身高度传感器，所述执行机构包括排气电磁阀、空气压缩机和步进电机；所述车身垂直加速度传感器和车身高度传感器将其收集的数据直接传输至ECU，ECU通过信号线分别与排气电磁阀和步进电机相连，排气电磁阀的另一端连接于空气弹簧，空气弹簧由储气筒供气，储气筒上安装有空气干燥器和气压传感器，气压传感器将其收集的数据传输至ECU，空气干燥器的另一端连接有空气压缩机，空气压缩机上的继电器与ECU相连接；所述步进电机上依次连接有减振器回转阀和可调阻尼减振器。


2.根据权利要求1所述的空气悬架控制系统，其特征在于：所述ECU基于内模控制软件的中央控制器，且控制软件基于内模控制策略；空气悬架车辆系统实际模型与其标准名义模型并联，车身垂向加速度传感器采集到的加速度信号与标准名义模型的理论垂向加速度作差，然后将此偏差值输送给控制器，控制器再次将该偏差值与预设参考垂向加速度输入目标值跟踪控制器的输出量作差，再将新差值输入到干扰抑制控制器来抑制参数摄动和外部干扰，使系统输出逼近预设参考值；
其中，所述实际模型是指车辆在实际行驶过程中的模型，标准模型只能是通过动力学方程建立的数学模型。


3.根据权利要求2所述的空气悬架控制系统，其特征在于：所述目标值跟踪控制器的滤波时间常数通过PSO算法优化得到。


4.根据权利要求2所述的空气悬架控制系统，其特征在于：所述干扰抑制控制器的滤波时间常数通过PSO算法优化得到。

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【专利技术属性】
技术研发人员：袁春元，王传晓，吴鹤鹤，华周，张家辉，宋盘石，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32