一种电控空气悬架车身高度多模式切换控制方法
【专利摘要】本发明提供一种电控空气悬架车身高度多模式切换控制方法，将车身高度定义为“车身高位”、“车身中位”以及“车身低位”三种模式，利用车速传感器和车身高度传感器在线提取反映车辆实际行驶状况的相关信号，根据上述信号确定车辆应处的高度模式；根据不同的车身高度调节目标模式，进行车身高度控制模型的相关参数调整，从而形成三个不同的车身高度控制模型，在此基础上，分别设计具有不同控制参数的车身高度PID控制器；建立切换控制单元，该单元根据车身高度调节目标模式的不同分别选择相应的PID控制器进行车身高度控制。本发明针对车身高度调节目标模式不同所引起的车身高度控制差异性，分别采用针对性的PID控制器进行控制，可使车身高度控制更加精确有效。
【专利说明】 一种电控空气悬架车身高度多模式切换控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电控空气悬架车身高度控制方法，特指是针对不同的车身高度调节目标模式分别采用具有不同控制参数的车身高度PID控制器进行车身高度切换控制。
【背景技术】
[0002]车辆在不同行驶工况下，对车身高度具有不同要求，例如，当车辆高速行驶时，通过降低车身高度可以提高车辆贴地性能，在提高车辆高速行驶稳定性的同时还可以降低风阻和油耗；当车辆以较低的速度行驶在崎岖道路上时，通过提升车身高度，可以降低悬架撞击限位概率，提高车辆行驶通过性。传统悬架由于结构部件的限制无法实现车身高度调节，从而一定程度上限制了车辆动态性能的进一步提升。
[0003]随着汽车技术的快速发展，以电控空气悬架为代表的新型车辆悬架突破了这一技术瓶颈，实现了对车身高度的有效控制。以电控空气悬架为例，车身高度的调节原理是:当车身高度需要提升时，系统将压缩气体充入空气弹簧，空气弹簧高度增加，当车身高度需要降低时，系统将压缩气体排出空气弹簧，空气弹簧高度降低，即通过改变空气弹簧的高度实现车身高度的主动调节，因此，空气弹簧的充放气控制成为实现车身高度调节的关键。
[0004]空气弹簧的充放气是由电磁阀的开关进行控制，但由于电磁阀的进、出气口较大，因此，无论电磁阀的反应有多么灵敏，都有可能会有过量的气体充入或者放出气囊，从而导致车身高度偏离期望目标高度。为了精确保持目标高度，同时改善车身高度调节过程中出现的振荡现象，空气弹簧的充放气过程必须进行控制。
[0005]PID控制便于工程实现并且在实际中得到了广泛应用，但由于传统PID控制参数一旦确定便无法改变，因此，当系统特性变化时，控制效果便会降低。近年来，PID控制参数自整定技术得到了快速发展，但是基于模型的PID参数自整定应用效果仍不理想，虽然可以通过其他智能化技术如模糊推理实现PID控制参数的自整定，但系统实现较为复杂，并且增加了控制成本。
[0006]因此，针对车身高度控制这类由于目标模式改变而引起控制模型改变的控制问题，需要提出一种控制器参数可变的控制方法，并且易于实现，结构简单。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提出一种电控空气悬架车身高度多模式切换控制方法，针对不同的高度调节目标模式分别采用具有不同控制参数的车身高度PID控制器，以此实现对车身高度精确有效的控制。
[0008]为达成上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种电控空气悬架车身高度多模式切换控制方法，将车身高度定义为“车身高位”、“车身中位”以及“车身低位”三种模式，利用车速传感器和车身高度传感器在线提取反映车辆实际行驶状况的相关信号，将所述信号发送至车身高度调节目标模式确定单元，所述车身高度调节目标模式确定单元根据所述信号确定车身高度调节目标模式；建立切换控制单元，所述切换控制单元根据不同的车身高度调节目标模式分别选择具有不同控制参数的PID控制器进行车身高度控制。
[0009]进一步，前述方法中，车身高度调节目标模式确定单元确定所述车身高度调节目标模式的条件为:
A所述车身高度调节目标模式由“车身中位”跃变为“车身低位”的条件为:车速达到进入“车身低位”模式的临界车速，且持续时间大于参考时间，为防止车身高度调节目标模式出现频繁切换，参考时间不低于5秒。
[0010]B所述车身高度调节目标模式由“车身中位”跃变为“车身高位”的条件为:在一个观测周期内，车身高度变化值超过参考值的次数达到临界次数，为防止车身高度调节目标模式出现频繁切换，观测周期不低于5秒。
[0011]C所述车身高度调节目标模式由“车身低位”只能跃变为“车身中位”，其条件为: 设定参考车速为所述进入“车身低位”模式的临界车速减去车速滞回区间值，当车速低
于此参考车速时，进入所述“车身中位”模式，由于滞回区间的存在，此时无需进行持续时间的判断。
[0012]D所述车身高度调节目标模式由“车身高位”只能跃变为“车身中位”，其条件为: 在一个观测周期内，车身高度变化值超过参考值的次数低于临界次数，为防止车身高
度调节目标模式出现频繁切换，观测周期不低于5秒。
[0013]进一步，前述方法中，所述车身高度PID控制器控制参数的确定包括以下步骤:
E建立空气悬架车身高度控制模型，所述车身高度控制模型主要包括车身(I)、非簧载质量(4)以及连接二者的空气弹簧(2)和减振器(3)，所述非簧载质量(4)通过车轮(5)与路面(6)相连，所述空气弹簧(2)的充放气是由电磁阀(7)进行控制，当需要充气时，气体由储气罐(8)经电磁阀(7)、管路(10)流入空气弹簧(2)，当需要放气时，空气弹簧(2)中的气体经管路(10)、电磁阀(7)释放到大气环境(9)中。
[0014]F根据车身高度调节目标模式对车身高度控制模型中的相关参数进行调整，具体调整过程为:当目标模式为“车身低位”模式时，车身高度控制模型中的车速设定为90km/h，路面等级为B级；当目标模式为“车身中位”模式时，车身高度控制模型中的车速设定为60km/h，路面等级为C级；当目标模式为“车身高位”模式时，车身高度控制模型中的车速设定为20km/h，路面等级为E级。
[0015]G根据车身高度调节目标模式的不同，分别设置不同的车身高度跟踪偏差死区范围，其中，车身低位模式的死区范围为2mm，车身中位模式的死区范围为3mm，车身低位模式的死区范围为5mm。
[0016]H根据经过参数调整后的车身高度控制模型以及设定的不同车身高度跟踪偏差死区范围，以车身高度控制性能最优为目标，进行车身高度PID控制器控制参数的差异化整定，从而分别形成车身低位车身高度PID控制器、车身中位车身高度PID控制器和车身高位车身高度PID控制器；所述PID控制器的控制输出为进出空气弹簧的气体质量流量，将所述气体质量流量的控制量转化为PWM占空比，再通过控制PWM占空比的方式实现对电磁阀的开关控制。
[0017]进一步，前述方法中，所述切换控制单元接受来自车身高度调节目标模式确定单元的信号，根据所述信号确定车身高度PID控制器的选择，其选择过程为:当目标模式为“车身低位”模式时，选择车身低位车身高度PID控制器；当目标模式为“车身中位”模式时，选择车身中位车身高度PID控制器；当目标模式为“车身高位”模式时，选择车身高位车身高度PID控制器。
[0018]由以上本发明的技术方案可知，其有益效果在于针对不同的车身高度调节目标模式，分别建立了三个具备不同参数的车身高度控制模型，并且完成了相应的车身高度PID控制器控制参数差异化整定，实现了对车身高度的针对性控制，同时通过在不同高度模式下设置不同的高度跟踪偏差死区范围，可以更加有效地消除由于频繁控制所引起的系统振荡，车身高度控制效果可以得到明显提升。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为车身高度调节目标模式变迁图。
[0020]图2为车身高度PID控制器控制参数差异化整定流程图。
[0021]图3为车身高度控制模型图。
[0022]图4为车身高度PID控制器的切换控制图。
[0023]图中:！为逻辑非；&为逻辑与；1-车身2-空气弹簧3-减振器4-非簧载质量5-车轮6-路面垂直振动输入7-电磁阀8-储气罐9-大气环境。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0025]如图1所示，一种电控空气悬架车身高度多模式切换控制方法，将车身高度定义为“车身高位”、“车身中位”以及“车身低位”三种模式，利用车速传感器和车身高度传感器在线提取反映车辆实际行驶状况的相关信号，将所述信号发送至车身高度调节目标模式确定单元，所述车身高度调节目标模式确定单元根据所述信号确定车身高度调节目标模式。图中，化和e4分别代表车辆在行驶过程中的行驶工况变化事件，其中，ei为:车速H氐于进入“车身低位”模式的临界车速减去车速滞回区间值4，即;e2为:车速^达到进入“车身低位”模式的临界车速％，且持续时间t大于参考时间t0,即卜≥V0) HOt0)；%为:在一个观测周期内0- 3 5s)，车身高度变化值超过参考值么的次数低于临界次数/V即^<?0^4为:在一个观测周期内0-3 5s)，车身高度变化值超过参考值h0的次数/?达到临界次数/7。，即/7兰/7。。
[0026]图2为车身高度PID控制器控制参数差异化整定流程图，首先根据目标车辆建立车身高度控制模型，然后针对不同的车身高度调节目标模式，进行车身高度控制模型中的部分参数调整，具体参数调整过程将在建立车身高度控制模型时进行叙述，最后根据调整后的车身高度控制模型，以高度控制性能最优为目标，进行PID控制器控制参数的差异化整定，达到最优则参数整定完毕，否则继续进行参数整定。同时，为了防止由于频繁控制而引起的系统振荡，在PID控制器控制参数整定时，针对不同的高度调节模式分别设置不同的高度跟踪偏差死区范围％，其中，车身低位模式的死区范围为2_，车身中位模式的死区范围为3_，车身低位模式的死区范围为5_。因此，车身高度跟踪误差ek可用下式表示:
【权利要求】
1.一种电控空气悬架车身高度多模式切换控制方法，其特征在于，将车身高度定义为“车身高位”、“车身中位”以及“车身低位”三种模式，利用车速传感器和车身高度传感器在线提取反映车辆实际行驶状况的相关信号，将所述信号发送至车身高度调节目标模式确定单元，所述车身高度调节目标模式确定单元根据所述信号确定车身高度调节目标模式；建立切换控制单元，所述切换控制单元根据不同的车身高度调节目标模式分别选择具有不同控制参数的PID控制器进行车身高度控制。
2.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架车身高度多模式切换控制方法，其特征在于，所述车身高度调节目标模式确定单元确定所述车身高度调节目标模式的条件为: A所述车身高度调节目标模式由“车身中位”跃变为“车身低位”的条件为:车速达到进入“车身低位”模式的临界车速，且持续时间大于参考时间，为防止所述车身高度调节目标模式出现频繁切换，所述参考时间不低于5秒； B所述车身高度调节目标模式由“车身中位”跃变为“车身高位”的条件为:在一个观测周期内，车身高度变化值超过参考值的次数达到临界次数，为防止所述车身高度调节目标模式出现频繁切换，所述观测周期不低于5秒； C所述车身高度调节目标模式由“车身低位”只能跃变为“车身中位”，其条件为:设定参考车速为所述进入“车身低位”模式的临界车速减去车速滞回区间值，当车速低于此参考车速时，进入所述“车身中位”模式，由于滞回区间的存在，此时无需进行持续时间的判断； D所述车身高度调节目标模式由“车身高位”只能跃变为“车身中位”，其条件为: 在一个观测周期内，车身高度变化值超过参考值的次数低于临界次数，为防止所述车身高度调节目标模式出现频繁切换，所述观测周期不低于5秒。
3.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架车身高度多模式切换控制方法，其特征在于，所述车身高度PID控制器控制参数的确定包括以下步骤: E建立空气悬架车身高度控制模型，所述车身高度控制模型主要包括车身(I)、非簧载质量(4)以及连接二者的空气弹簧(2)和减振器(3)，所述非簧载质量(4)通过车轮(5)与路面(6 )相连，所述空气弹簧(2 )的充放气是由电磁阀(7 )进行控制，当需要充气时，气体由储气罐(8)经电磁阀(7)、管路(10)流入空气弹簧(2)，当需要放气时，空气弹簧(2)中的气体经管路(10)、电磁阀(7)释放到大气环境(9)中； F根据车身高度调节目标模式对车身高度控制模型中的相关参数进行调整，具体调整过程为:当目标模式为“车身低位”模式时，车身高度控制模型中的车速设定为90km/h，路面等级为B级；当目标模式为“车身中位”模式时，车身高度控制模型中的车速设定为60km/h，路面等级为C级；当目标模式为“车身高位”模式时，车身高度控制模型中的车速设定为20km/h，路面等级为E级； G根据车身高度调节目标模式的不同，分别设置不同的车身高度跟踪偏差死区范围，其中，车身低位模式的死区范围为2mm，车身中位模式的死区范围为3mm，车身低位模式的死区范围为5mm; H根据经过参数调整后的车身高度控制模型以及设定的不同车身高度跟踪偏差死区范围，以车身高度控制性能最优为目标，进行车身高度PID控制器控制参数的差异化整定，从而分别形成车身低位车身高度PID控制器、车身中位车身高度PID控制器和车身高位车身高度PID控制器；所述PID控制器的控制输出为进出空气弹簧的气体质量流量，将所述气体质量流量的控制量转化为PWM占空比，再通过控制PWM占空比的方式实现对电磁阀的开关控制。
4.根据权利要求1所述的一种电控空气悬架车身高度多模式切换控制方法，其特征在于，所述切 换控制单元接受来自车身高度调节目标模式确定单元的信号，根据所述信号确定车身高度PID控制器的选择，其选择过程为:当目标模式为“车身低位”模式时，选择车身低位车身高度PID控制器；当目标模式为“车身中位”模式时，选择车身中位车身高度PID控制器；当目标模式为“车身高位”模式时，选择车身高位车身高度PID控制器。
【文档编号】B60G17/056GK103587369SQ201310486838
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】孙晓强, 陈龙, 汪少华, 徐兴 申请人:江苏大学