一种载货商用车空气悬架高度保持控制系统及方法与流程

本发明属于载货商用车技术领域，具体涉及一种载货商用车空气悬架高度保持控制系统及方法。

背景技术：

随着电子控制技术的快速发展，结合高速开关电磁阀的电控空气悬架系统得到了越来越广泛的关注。电控空气悬架系统不仅能够根据道路行驶工况、车辆运行车速以及驾驶员操控需求等对空气悬架系统刚度、阻尼等进行自适应调节，而且还能对车辆的车身高度进行主动控制，满足车辆复杂行驶工况下的控制需求。目前，电控空气悬架系统已在重型车、客车以及多数豪华车上得到越来越多的应用。广泛应用到豪华客车和重型货车上，并且也由被动式空气悬架发展到电控空气悬架，使得车辆在不同工况下的通过性和燃油经济性得到了显著提高。具体表现为在电子控制技术的发展下，通过对空气弹簧内部进行充气和放气，实现空气弹簧高度的增减，这样就可以调节车身的高度。在高速工况下，通过释放空气弹簧内部空气降低车身高度，可提升行驶的稳定性，减小侧翻的概率，并且行驶时的空气阻力也得到了降低，提高了燃油经济性；在路况较为恶劣时，通过对空气弹簧内部充气提高车身高度，避免了道路障碍物对底盘的刮伤，提高了车辆的通过性。

电控空气悬架系统(简称ecas)由ecu、高度传感器、电磁阀、气压传感器、遥控器等组成。高度传感器测量底盘与车桥之间的高度信号传递给ecu，ecu同时接收其它信号，如车速、制动状态、气囊压力、遥控器等，综合所有输入信息，再根据ecu内部设置的控制参数和高度控制指标，激发电磁阀的相应动作，组成一个闭环控制系统，实现对各个气囊充气或放气，调节底盘达到目标高度。

目前基于电控空气悬架系统的高度控制均是针对行驶中的车辆，如中国专利申请“一种基于模型预测控制的电控空气悬架车身高度调节方法(202011521864x)”，建立四分之一电控空气悬架的非线性车高调节模型并线性化作为预测模型；使用扩张状态观测器观测模型线性化误差与路面干扰并反馈给预测模型；根据目标车身高度、实际车身高度和预测模型，利用模型预测控制计算所需的空气质量流量，然后通过pwm控制转化为电磁阀的开闭信号；设计自适应事件触发机制，在每一个采样时刻根据自适应阈值和触发条件判断是否进行模型预测控制的优化计算，从而提高车身高度调节的速度、精度，但其解决的是对行驶过程中因路面干扰引起的高度变化，并非是针对静止状态下的载货商用车的高度调节控制。

带有电控空气悬架系统的载货商用车，在物流园、码头、工厂等工作地装卸货物时，目前采用遥控器手动调节方式使得车身高度与月台高度保持平齐。

现有技术缺点：

a)、车身高度调节准确性完全依赖人的操作精准度。

b)、车身高度调节操作次数多，装卸一车货物，随着车载货物重量增加或者减少的变化，需要进行多次手动调节。

c)、手动、多次调节，调节时间长、调节误差不可控、工作效率不高。

因此，针对电控空气悬架系统车身高度调节过程中产生明显的超调以及在目标值附近的振荡现象，有必要提出一种快速稳定的载货商用车空气悬架高度保持控制系统，以实现车身高度的有效调节。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在采用手动高度调节方式的时间长、调节不自动、准确度不高等问题，提供一种载货商用车空气悬架高度保持控制系统及方法，能够依据装卸货物重量的变化实现车身高度自动、快速稳定调节，使得车身高度与月台高度始终保持在高度目标范围内。

本发明采用的技术方案是：一种载货商用车空气悬架高度保持控制方法，

获取车辆状态参数，根据车辆参数判断车辆处于静态条件时，在装货或卸货前，计算车身的实际高度与设定的目标高度之间的高度差值，根据高度差值采用快速调节和/或稳定性调节的方式控制空气悬架的电磁阀，使车身高度保持在稳定区间内；

车身高度稳定后，进行装货或卸货时，实时采集车身的实际高度，根据实际高度与设定的目标高度之间的高度差值，采用独立左右双误差带调节的方式控制空气悬架的电磁阀，使车身高度保持稳定；

所述车身高度包括左车身高度和右车身高度。

进一步地，所述静态条件为车速小于等于车速阈值。

进一步地，所述车速阈值为0-5km/h。

进一步地，在装货或卸货前，

若所述高度差值的绝对值大于第二阈值，则先进行快速调节、再进行稳定性调节使车身高度保持在稳定区间内；

若所述高度差值的绝对值小于等于第二阈值且大于第一阈值，则进行稳定性调节使车身高度保持在稳定区间内；

若所述高度差值的绝对值小于等于第一阈值，则不进行车身高度调节。

进一步地，所述快速调节为采用pd控制方式确定电磁阀pwm控制信号的占空比。

进一步地，所述稳定性调节为采用pid控制方式确定电磁阀pwm控制信号的占空比。

进一步地，所述独立左右双误差带调节为：

当高度差值的绝对值小于等于第二阈值时，不进行车身高度调节；

当高度差值的绝对值大于第二阈值，且持续时间大于等于设定时间时，进行稳定性调节使车身高度稳定。

更进一步地，所述设定时间为1-2min。

一种载货商用车空气悬架高度保持控制系统，其特征在于：

车辆状态检测模块，用于检测车辆状态信号发送至信号处理模块；

信号处理模块，用于对接收的车辆状态参数进行滤波处理，将处理后的信号发送至高度决策模块；

高度决策模块，用于根据接收到的信号确定车身的实际高度和目标高度并发送至高度保持模块；

高度保持模块，用于车身的实际高度与目标高度计算高度差值，根据高度差值采用快速调节和/或稳定性调节的方式输出控制信号至控制执行模块。

控制执行模块，用于根据接收到的控制信号执行相应动作使车身高度保持在稳定区间内。

进一步地，所述车辆状态检测模块用于检测车辆状态信号，根据车辆状态信号判断车辆处于静态条件时，发送信号至信号处理模块。

本发明在静止装货卸货前采用快速调节和稳定性调节的自动调节方法使车辆与月台对齐；在装货卸货过程中采用独立左右双误差带调节法对左、右车身高度分别进行自动独立高度调节控制，保持车身基本水平平衡状态，整个过程能够依据装卸货物重量的变化实现车身高度自动、快速稳定调节，使得车身高度与月台高度始终保持在高度目标范围内，高度调节可靠、效率高。

附图说明

图1为本发明的系统原理示意图。

图2为本发明的系统实现框架图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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。

在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。

应该指出，尽管在本说明书可能出现并使用术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”等来描述各种不同的组件，但是这些成分和部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个成分和部分和另一个成分和部分。例如，在不脱离本说明书的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件，并且类似地，第二部件可以被称为第一部件，顶部和底部的部件在一定情况下，也可以彼此对调或转换；一端和另一端的部件可以彼此性能相同或者不同。

此外，在构成部件时，尽管没有其明确的描述，但可以理解必然包括一定的误差区域。

如图1所示，本发明载货商用车空气悬架高度保持控制系统是一个带车身高度反馈的闭环控制系统，该系统由信号检测输入部分、信号处理和控制部分、输出控制部分构成。

信号检测输入部分：由车辆状态信号模块、遥控器模块、高度传感器组、压力传感器组构成。

a)、车辆状态信号模块采集点火锁on档信号、发动机转速信号、车速信号、脚踏板信号、驻车手刹信号、轴差/轮差信号等，这些信号作为信号处理模块的输入。

b)、遥控器模块是集数字按键、功能操作按键、显示功能、can通信功能于一体有线遥控器。数字按键包括0-9、点号、清除键；功能操作9个按键包括前桥键、驱动桥键、提升桥键、记忆m1键、记忆m2键、复位键、上升键、下降键和停止stop键，这些按键信号通过can通信提供给信号检测和处理模块。

c)、高度传感器组通过检测每个传感器电感的充放电时长以确定左、右车身高度变化，高度变化检测信号提供给信号检测及处理模块。高度传感器组作为高度保持控制系统关键部件，一辆车一般配置2-4个，使用数量依据用户需求和系统控制类型而定。

d)、压力传感器组是一组检测车辆各个空气弹簧气囊压力变化，压力变化检测信号提供给信号检测及处理模块。压力传感器组信号是实现高度保持控制、高度安全控制等功能主要参数，作为多功能模式之间切换和安全控制策略重要依据，压力传感器配置数量依据系统控制类型而定。

信号处理和控制部分：由信号处理模块、高度决策模块、高度保持模块构成。

a)、信号检测及处理模块分别接收来自车辆状态信号、高度传感器组、压力传感器组这三类信号，依据各个信号特性，对各个信号进行滤波处理，这三类信号作为高度决策模块的输入，另一个实际高度信号作为高度保持模块的输入。同时，信号检测及处理模块识别出车辆静止、车辆启动和车辆运行三种状态，提供给高度决策模块使用。

b)、高度决策模块依据车辆状态信号、左右车身高度信号、各个空气弹簧气囊压力信号等，运行高度决策策略并输出目标高度，目标高度作为高度保持模块的输入。该模块输出目标高度的正确性和精度直接影响和决定了高度保持系统控制的准确性。

c)、高度保持模块依据目标高度和实际高度差值，作为高度保持的实际输入，运行高度保持策略，输出驱动各个电磁阀，打开气源给各个空气弹簧气囊充、放气，此过程是一个闭环控制过程，循环重复控制车身高度直至达到目标高度。高度保持策略优劣直接决定整车高度控制响应时长、稳定性等性能指标。

输出控制部分：由被控对象电磁阀、空气弹簧气囊组成。

a)、电磁阀一般为组合阀，通常由2-4个单独阀组合而成，车辆常用为1个进气口2个出气口的三联阀，阀的进气口通过气路接入储气筒，阀的两个出气口通过气路接入空气弹簧气囊，阀体上有一个与大气相通的排气孔，将室内多余气体排入大气。电磁阀作为执行器，通过ecupwm模块控制阀的进气口、出气口同时打开，向空气弹簧气囊充气，或者控制阀的进气口关闭、出气口打开，向大气放气，控制阀打开或关闭时长由高度保持控制模块决定。

b)、空气弹簧气囊按照阀控指令向气囊内充气或气囊向外放气，在向气囊内充放气时，空气弹簧气囊高度上升推动车身升高，在气囊向外放气时，空气弹簧气囊高度下降推动车身降低。

基于上述的系统实现高度保持的方法如下：

获取车辆状态参数，根据车辆参数判断车辆处于静态条件时，在装货或卸货前，计算车身的实际高度与设定的目标高度之间的高度差值，根据高度差值采用快速调节和/或稳定性调节的方式控制空气悬架的电磁阀，使车身高度保持在稳定区间内；

车身高度稳定后，进行装货或卸货时，实时采集车身的实际高度，根据实际高度与设定的目标高度之间的高度差值，采用独立左右双误差带调节的方式控制空气悬架的电磁阀，使车身高度保持稳定；

上述车身高度包括左车身高度和右车身高度，即高度的保持调节分别是对左车身高度和右车身高度的调节保持。

其中，所述静态条件为车速小于等于车速阈值，车速阈值可以为0-5km/h。

在装货或卸货前，若所述高度差值的绝对值大于第二阈值(d_val2)，则先进行快速调节、再进行稳定性调节使车身高度保持在稳定区间内；

若所述高度差值的绝对值小于等于第二阈值且大于第一阈值(d_val1)，则进行稳定性调节使车身高度保持在稳定区间内；

若所述高度差值的绝对值小于等于第一阈值，则不进行车身高度调节。

所述快速调节为采用pd控制方式确定电磁阀pwm控制信号的占空比。所述稳定性调节为采用pid控制方式确定电磁阀pwm控制信号的占空比。

独立左右双误差带调节为：

当高度差值的绝对值小于等于第二阈值时，不进行车身高度调节；

当高度差值的绝对值大于第二阈值，且持续时间大于等于设定时间时，进行稳定性调节使车身高度稳定。

以下对结合具体应用进行详细说明：

在首次使用时，需要先标定月台高度(即所述目标高度)，一次性标定，只要车辆装卸月台场地固定没有发生变化，不需要再次标定，后续一直采用首次标定月台高度。若月台场地发生变化，只需要再重新标定一次。

月台高度标定有两种方式：第一种测量月台与地面的高度，通过遥控器的数字按键设定；第二种通过遥控器的上升、下降按键，目测车身与月台对齐，按记忆m键设定。

系统能够记忆两个不同月台高度，典型应用场景为车辆运行在固定路线a、b两地的不同月台高度。

高度保持控制方法由快速调节、稳定性调节、独立左右双误差带调节三部分组成，有两种组合方式：

组合方式一：快速调节、稳定性调节、独立左右双误差带调节，指月台高度(目标高度)与车身实际高度差值大在快速调节区间时，大多数应用场景一般采用此种调节控制方式。

组合方式二：稳定性调节、独立左右双误差带调节，指月台高度(目标高度)与车身实际高度差值在稳定性调节区间时，采用此种调节控制方式。

具体控制策略如下：

快速调节和稳定性调节指当车辆每次与月台对齐时，系统自动调节方法。

独立左右双误差带调节指装货或者卸货过程中，车身高度发生变化，系统自动调节方法。

a)、快速调节：车辆来到物流园区，输入月台高度，即目标高度，系统实时检测车身实际高度，当实际高度与目标高度差值(即高度差值)>d_val2时，采用pd快速调节，快速调节车身高度使得车身高度接近稳定性调节区间。

b)、稳定性调节：当高度差值≤d_val2时，考虑空气悬架系统非线性、控制系统时延情况，采用pid稳定性调节，直至高度差值≤d_val1时，停止调节。pid能够满足系统调节精度和系统控制平滑性要求。

c)、独立左右双误差带调节：完成快速调节和稳定性调节后，表明此时车身与月台已对齐。

接下来开始装货或卸货过程高度调节控制，若卸货随着货物减少使得车身高度逐渐升高，若装货随着货物增加使得车身高度逐渐降低，为了解决车身高度有点变化，系统立即开始调节，为防止系统太够灵敏出现反复调节、来回抖动、震荡的问题，此时采用独立左右双误差带调节方法，具体策略如下：

1)、当高度差值d_val≤d_val2时，不进行高度调节控制，维持现状。

2)、当高度差值d_val>d_val2时，开始计时，即为t，当t≥t_delay后，需进行pid的方式高度调节控制，调节的目标高度为d_val1，即将车身实际高度控制在d_val1范围以内。

参数说明如下：

目标高度：h_act，高度决策模块的输出。

实际高度：h_tgt，信号监测及处理模块的输出。

高度差值：d_val＝h_act-h_tgt。

误差1：d_val1，通常可取±3mm。

误差2：d_val2，通常可取±8mm。

控制延时阈值：t_delay，通常可取60s

注；

d_val2>d_val1。

d_val2、d_val1、t_delay均为标定量，具体参数值依据车型确定。

独立左右双误差带调节另一个功能对左、右车身高度分别进行独立高度调节控制，保持车身基本水平平衡状态。在装货或者卸货过程中，当车厢内的货物不均匀导致车轴左右承载不同，车辆左右两侧会存在高度差，左右两侧较大的高度差会影响车辆的安全性能。

实施例：

本实施例空气悬架高度保持控制系统的实现框架图如图2所示，由系统输入、高度保持控制策略、驱动输出三部分组成。

系统输入：

a)、点火锁on档信号，硬件接入ecas控制器。

b)、通过500波特率的动力can通信接收发动机转速信号、脚踏板信号、驻车手刹信号。

c)、通过250波特率的信息can通信接收车速信号、轴差/轮差信号等。

d)、传感器信号：选用电感式传感器类型，有驱动桥左侧高度传感器、驱动桥右侧高度传感器。

e)、压力传感器信号：采用线性压力传感器，量程0.5bar-12bar，有驱动桥左侧压力传感器、驱动桥右压力传感器、随动桥压力传感器、提升桥压力传感器。

f)、遥控器。通过250波特率的can通信与ecas控制器进行信息交互。首次应用设定月台高度，后续通过记忆键m直接设定月台高度。

这些信号作为高度保持控制策略的输入。

高度保持控制策略：主要由信号检测及处理、高度决策、高度保持三部分构成。这三个模块与系统配置、电源管理策略、故障诊断策略、eol功能、程序更新boot功能组成一个完整ecas控制器的高度保持控制系统。ecas控制器主要器件参数及功能：

mcu型号：infineon32位平台的tc233。

电源芯片型号：r1524s050b，24v转5v；r1524s033b，24v转3.3v。

无源晶振：20m。

can收发器型号：tja1043t，带唤醒功能。

电磁阀驱动芯片：bsp75n，采用低边驱动。

高度传感器信号采集及处理：信号采用低通滤波处理，高度传感器的充、放电时间与车身高度变化呈线性关系。

压力传感器信号采集及处理：采用防抖均值滤波处理，压力与轴荷变化呈线性关系。

基础软件bsw采用成熟商业代码和手写c代码相结合的方式，实现can通信、信号采集、电磁阀驱动等底层源代码开发。

应用软件asw采用matlab/simulink模块化设计方式，实现高度决策和高度保持策略开发，具体指实现各个信号滤波处理、电源管理策略、快速调节pd控制策略、稳定性pid控制策略、独立左右双误差策略、故障诊断策略等模型设计，模型通过mil测试后生成asw代码，与bsw集成产生一个ecas高度保持控制系统的可执行文件，下载到mcu中。

驱动输出：高度保持控制策略的输出采用pwm方式分别驱动桥电磁阀、提升桥/随动桥电磁阀、提升桥/随动桥电磁阀实现空气悬架的高度保持控制。

信息显示通过信息can通信把显示信息发送给仪表ic显示。

实施例空气悬架高度保持控制系统及实现方法已在东风商用车6x2带提升桥车型上进行实车测试验证，该车空气悬架系统配置如下：

2个高度传感器，采用两点式布置方式。

2个双通道电磁阀。

4个压力传感器。

1个ecas控制器。

1个can通信遥控器1。

验证结果，系统响应时间小于等于8s，控制高度误差在±3mm以内，控制过程中悬架系统基本无抖动、震荡的现象，性能指标好于竞品，达到设计目标。

在描述位置关系时，例如，当位置顺序被描述为“在...上”、“在...上方”、“在...下方”和“下一个”时，除非使用“恰好”或“直接”这样的词汇或术语，此外则可以包括它们之间不接触或者接触的情形。如果提到第一元件位于第二元件“上”，则并不意味着在图中第一元件必须位于第二元件的上方。所述部件的上部和下部会根据观察的角度和定向的改变而改变。因此，在附图中或在实际构造中，如果涉及了第一元件位于第二元件“上”的情况可以包括第一元件位于第二元件“下方”的情况以及第一元件位于第二元件“上方”的情况。在描述时间关系时，除非使用“恰好”或“直接”，否则在描述“之后”、“后续”、“随后”和“之前”时，可以包括步骤之间并不连续的情况。本发明的各种实施方案的特征可以部分地或全部地彼此组合或者拼接，并且可以如本领域技术人员可以充分理解的以各种不同地构造来执行。本发明的实施方案可以彼此独立地执行，或者可以以相互依赖的关系一起执行。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，上文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrativelogicalblock)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrativecomponents)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(asic)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。