一种汽车空气悬架的鲁棒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的鲁棒控制系统及其控制方法，包括传感器组、GPS导航模块、控制模块和执行机构，控制模块接收传感器组和GPS导航模块采集的信号，通过建立ECAS动力学模型求解鲁棒控制器K，以悬架动挠度、车轮垂向加速度和车身垂向加速度三者加权之和最小为目标，获得空气弹簧所需刚度，并通过容积电磁阀的开闭调节空气弹簧的刚度。本发明专利技术建立的增广ECAS汽车模型综合了载荷、刚度等变化、路面扰动和ECAS汽车动力学标称模型，并引入结构奇异值μ理论和小增益理论对该增广模型进行分析与综合，求解出的鲁棒控制器K能使ECAS系统在保持鲁棒稳定性的同时具有鲁棒性能，能够在继承原有系统绝大部分硬件的条件下，空气悬架的控制性得到极大提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种汽车电子控制领域，具体涉及一种空气悬架的鲁棒控制系统及其控制方法。
技术介绍
空气悬架(Air Suspension)诞生于19世纪末，与钢板弹簧悬架相比，具有反“S”刚度曲线特性，能提高汽车乘坐舒适性且能使车身高度保持不变等优点。因此，在欧美汽车工业发达国家，空气悬架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。到了20世纪八十年代，随着电子控制技术的发展，出现了比较成熟的电子控制空气悬架，其与传统空气悬架相比，能进一步提升整车综合性能；而与全主动悬架相比，因其使用压缩空气作为工作介质，具有结构简单、能耗低和使用成本低等特点。我国交通运输部在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，可以预测的是，随着空气悬架在我国高级客车上的成功应用，必将推广于重型卡车、半挂车、载货汽车、隔振性能要求高的特种车辆乃至高档轿车上，控制方面，也必会走上电子化、智能化的轨道上来。对于我国汽车业界而言，空气悬架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，发展电子控制空气悬架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。目前，ECAS尽管达到了最初的设计目的，但是仍然存在一些技术问题需要解决，其性能和功能亟待进一步完善，尤其是对我国汽车悬架界来说，ECAS关键技术研究和应用推广还有相当长的路要走，其中问题之一是，ECAS汽车在实际工作中汽车载荷和悬架刚度等经常变化，还有受到横风、道路石块等外界干扰影响。因此，真实的ECAS汽车系统是一集参数变化和外界干扰综合因素影响的非线性复杂系统。从文献公开报道来看，目前没有成熟的非线性不确定复杂系统的控制理论和方法可以直接应用于ECAS系统，这将严重影响和制约ECAS汽车的发展。因此，研究模型参数变化、未建模误差、时变性以及外界干扰对ECAS汽车系统性能的影响对提升我国的汽车技术水平具有重要意义。模型参数变化、未建模误差和外界干扰等对复杂控制系统的影响，早已引起了广大科技工作者的关注。但是，由于控制对象的千差万别，还未建立统一的、成熟的理论。就ECAS的电子控制过程来说，就涉及到空气动力学、工程热力学、汽车动力学、电子学和现代控制理论等学科理论，再加上模型参数变化、外界干扰和未建模误差的影响，使得其控制系统的设计开发变得非常复杂。关键是如何将路面扰动、模型参数变化和非线性ECAS汽车系统标称模型进行关联重构，并能隔离所有摄动(含路面扰动、参数变化)的影响，且能求解出与之相适应的反馈控制器。这是保证ECAS系统具有鲁棒稳定性和鲁棒性能的前提，这也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针对现有技术的不足，提供一种汽车空气悬架的鲁棒控制系统及其控制方法，使空气悬架汽车能抑制载荷变化、路面干扰等因素的影响，ECAS系统的鲁棒性得到极大提高。技术方案：一种汽车空气悬架的鲁棒控制系统，包括传感器组、GPS导航模块、控制模块和执行机构，所述传感器组和GPS导航模块分别与控制模块的输入端口相连，控制模块的输出端口连接执行机构，所述执行机构为由容积电磁阀控制的空气弹簧；所述控制模块接收传感器组和GPS导航模块采集的信号，通过建立ECAS动力学模型求解鲁棒控制器K获得空气弹簧所需刚度，控制容积电磁阀对空气弹簧进行调节。进一步，所述传感器组包括空气弹簧气压传感器、车轮垂向加速度传感器、汽车速度传感器、车身垂向加速度传感器和悬架动挠度传感器，各个传感器采集信号传递给控制模块；所述空气弹簧气压传感器采集空气弹簧气压信号，所述车轮垂向加速度传感器采集车轮垂向加速度，所述汽车速度传感器采集汽车行驶速度，所述车身垂向加速度传感器采集车身垂向加速度信号，所述悬架动挠度传感器采集悬架动挠度信号。进一步，所述空气弹簧包括两个容积不同的副气室和一个主气室，两个副气室分别通过容积电磁阀Ⅰ和容积电磁阀Ⅱ与主气室相连，所述空气弹簧在不同的初始气体压力时，通过调节容积电磁阀Ⅰ和容积电磁阀Ⅱ的开闭达到空气弹簧所需刚度。一种汽车空气悬架的鲁棒控制系统的控制方法，包括以下步骤：(1)汽车启动时，空气悬架鲁棒控制系统接通电源；(2)汽车行驶后，传感器组进行信号采样，同时GPS导航模块进行行车定位确定车辆所在道路，控制模块将其与储存的道路标准进行比对，确定出道路路面等级；(3)控制模块利用汽车行驶速度和道路路面等级计算出车轮路面激励，建立ECAS动力学模型求解鲁棒控制器K，以悬架动挠度、车轮垂向加速度和车身垂向加速度三者加权之和最小为目标，求解出与汽车行驶状态协调匹配的目标悬架刚度；(4)根据目标悬架刚度确定出容积电磁阀的目标开闭状态，并与容积电磁阀的当前状态进行比较获得各自状态偏差，并进行调整；(5)传感器组和GPS导航模块进入下一个采样周期，控制模块重复前述的调控过程，并以此循环，直到汽车行驶停止为止。进一步，所述鲁棒控制器K的构建包括以下步骤：①应用拉格朗日法建立四分之一ECAS汽车系统动力学模型，具有如下特征： m s x 2 · · = F - c ( x · 2 - x · 1 ) ]]> m u x ·· 1 = - F + c ( x · 2 - x · 1 ) + K t ( x 1 - x 0 ) ]]> F = P A = m a V R T A = m a x 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车空气悬架的鲁棒控制系统，其特征在于：包括传感器组、GPS导航模块、控制模块和执行机构，所述传感器组和GPS导航模块分别与控制模块的输入端口相连，控制模块的输出端口连接执行机构，所述执行机构为由容积电磁阀控制的空气弹簧；所述控制模块接收传感器组和GPS导航模块采集的信号，通过建立ECAS动力学模型求解鲁棒控制器K获得空气弹簧所需刚度，控制容积电磁阀对空气弹簧进行调节。

【技术特征摘要】
1.一种汽车空气悬架的鲁棒控制系统，其特征在于：包括传感器组、GPS导航模块、控制模块和执行机构，所述传感器组和GPS导航模块分别与控制模块的输入端口相连，控制模块的输出端口连接执行机构，所述执行机构为由容积电磁阀控制的空气弹簧；所述控制模块接收传感器组和GPS导航模块采集的信号，通过建立ECAS动力学模型求解鲁棒控制器K获得空气弹簧所需刚度，控制容积电磁阀对空气弹簧进行调节。2.根据权利要求1所述的汽车空气悬架的鲁棒控制系统，其特征在于：所述传感器组包括空气弹簧气压传感器、车轮垂向加速度传感器、汽车速度传感器、车身垂向加速度传感器和悬架动挠度传感器，各个传感器采集信号传递给控制模块；所述空气弹簧气压传感器采集空气弹簧气压信号，所述车轮垂向加速度传感器采集车轮垂向加速度，所述汽车速度传感器采集汽车行驶速度，所述车身垂向加速度传感器采集车身垂向加速度信号，所述悬架动挠度传感器采集悬架动挠度信号。3.根据权利要求1所述的汽车空气悬架的鲁棒控制系统，其特征在于：所述空气弹簧包括两个容积不同的副气室和一个主气室，两个副气室分别通过容积电磁阀Ⅰ和容积电磁阀Ⅱ与主气室相连，所述空气弹簧在不同的初始气体压力时，通过调节容积电磁阀Ⅰ和容积电磁阀Ⅱ的开闭达到空气弹簧所需刚度。4.根据权利要求1所述的汽车空气悬架的鲁棒控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)汽车启动时，空气悬架鲁棒控制系统接通电源；(2)汽车行驶后，传感器组进行信号采样，同时GPS导航模块进行行车定位确定车辆所在道路，控制模块将其与储存的道路标准进行比对，确定出道路路面等级；(3)控制模块利用汽车行驶速度和道路路面等级计算出车轮路面激励，建立ECAS动力学模型求解鲁棒控制器K，以悬架动挠度、车轮垂向加速度和车身垂向加速度三者加权之和最小为目标，求解出与汽车行驶状态协调匹配的目标悬架刚度；(4)根据目标悬架刚度确定出容积电磁阀的目标开闭状态，并与容积电磁阀的当前状态进行比较获得各自状态偏差，并进行调整；(5)传感器组和GPS导航模块进入下一个采样周期，控制模块重复前述的调控过程，并以此循环，直到汽车行驶停止为止。5.根据权利要求4所述的汽车空气悬架的鲁棒控制系统的控制方法，其特征在于：所述鲁棒控制器K的构建包括以下步骤：①应用拉格朗日法建立四分之一ECAS汽车系统动力学模型，具有如下特征： m s x 2 · · = F - c ( x · 2 - x · 1 ) ]]> m u x &...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁春元，潘秀杰，周宏根，景旭文，王新彦，李志昌，杨兵，王凯丽，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32