一种空气悬架横向互联控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种安装在车辆上的空气悬架横向互联控制系统及方法，控制系统由温度采集模块、气压采集模块、车高采集模块以及依次串接的控制器、PWM驱动模块、互联电磁阀组成，控制器包含空气弹簧有效面积及体积计算模块、所需侧倾力计算模块、阻尼器及横向稳定杆力计算模块、所需交换的气体质量流速计算模块和最优互联管路内径计算模块这五个模块，通过读取车辆各悬架高度、各空气弹簧气压和温度，根据各物理量之间的关系，逆推出在当前车辆状态下若需将车辆簧上质量相对于簧下质量的侧倾角恢复至零时所需互联管路交换的气体质量流速，并通过PWM驱动电磁阀运作，系统所需信息可直接获取，计算结果可靠，控制精确。

A Lateral Interconnection Control System for Air Suspension and Its Method

【技术实现步骤摘要】
一种空气悬架横向互联控制系统及方法
本专利技术涉及安装在车辆上的空气悬架，具体涉及基于模型的保证车身姿态稳定的横向互联空气悬架控制系统。
技术介绍
横向互联空气悬架能够在不影响悬架垂向特性的同时，改变悬架侧倾角刚度，通过合理控制，可提高车辆行驶平顺性。中国专利技术专利申请号为201611118739.8，名称为“一种横向互联空气悬架仿天棚互联状态控制系统及控制方法，在横向互联空气弹簧的连接管路上设有电磁阀，电磁阀的开闭由控制系统决定并经驱动电路驱动，通过获取簧上质量侧倾角和前后轴侧倾角来判断，控制各互联电磁阀开闭，合理调整悬架侧倾刚度，达到抑制簧上质量侧倾运动的目的。但这种控制系统存在的问题是：所需簧下质量侧倾角，在悬架中因没有合适的传感器安装位置而无法通过传感器直接获取。有出现的一种横向互联空气悬架控制方法，通过获取外界车速、转弯工况等信息，根据所设阈值来打开或关闭互联，通过工况辨识，将工况按照不同车速、方向盘转角和车身侧倾角的范围来打开会关闭互联。其存在的问题是：工况范围设置宽泛，互联的开闭粗糙，无法根据车辆瞬时状态的变化来动态调整，效果较差。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种基于模型的空气悬架横向互联控制系统及其控制方法，根据传感器可直接获取车辆的各悬架高度信息、各空气弹簧气压以及温度信息，通过车辆模型计算出最优互联管路内径并经过PWM驱动各互联电磁阀用作，控制更为细致，控制效果更好。本专利技术一种空气悬架横向互联控制系统采用的技术方案是：其由温度采集模块、气压采集模块、车高采集模块以及依次串接的控制器、PWM驱动模块、互联电磁阀组成，控制器包含空气弹簧有效面积及体积计算模块、所需侧倾力计算模块、阻尼器及横向稳定杆力计算模块、所需交换的气体质量流速计算模块和最优互联管路内径计算模块这五个模块，空气弹簧有效面积及体积计算模块、所需侧倾力计算模块和阻尼器及横向稳定杆力计算模块这三个模块的输出端均连接所需交换的气体质量流速计算模块的输入端，所需交换的气体质量流速计算模块的输出端连接最优互联管路内径计算模块的输入端，最优互联管路内径计算模块的输出端连接PWM驱动模块；车高采集模块的输出端分别连接空气弹簧有效面积及体积计算模块、所需侧倾力计算模块和阻尼器及横向稳定杆力计算模块这三个模块的输入端，温度采集模块和气压采集模块的输出端均连接最优互联管路内径计算模块的输入端。所述一种空气悬架横向互联控制系统的控制方法采用的技术方案是包括以下步骤：步骤1)：车身高度采集模块采集各悬架高度fd(i)并发送至控制器，i＝1,2,3,4，分别是车辆的前左、前右、后左和后右四个方位；步骤2)：所述的阻尼器及横向稳定杆力计算模块先计算出悬架各阻尼器力Fc(i)，再计算出车辆横向稳定杆在各悬架处作用在簧上质量上的各横向稳定杆力Fb(i)；所述的所需侧倾力计算模块先计算出车辆簧上质量相对于簧下质量的侧倾角θ，再计算出所需的侧倾力Fr；所述的空气弹簧有效面积及体积计算模块先计算出各空气弹簧有效面积S(i)，再计算出各空气弹簧体积V(i)；步骤3)：所述的气体质量流速计算模块获取各阻尼器阻尼力Fc(i)、各横向稳定杆力Fb(i)、所需侧倾力Fr、空气弹簧有效面积S(i)和体积V(i)，先计算出阻尼器和横向稳定杆在各悬架位置对车辆簧上质量的作用力Fcb(i)，再计算出除去阻尼力和横向稳定杆力后若使得侧倾角θ恢复至0则所需的空气弹簧不平衡力F，然后计算出各空气弹簧所需提供的力Fs(i)和当前状态下所需通过互联管路交换的气体质量q(i)，最后计算出当前状态下所需前后轴互联管路交换的气体质量流速qm(1)和qm(2)；步骤4)：气压采集模块获取各空气弹簧内部气体压力P(i)并输入最优互联管路内径计算模块中，温度采集模块获取各空气弹簧内部气体温度T(i)并输入控制器内最优互联管路内径计算模块中；步骤5)：最优互联管路内径计算模块先将各空气弹簧内部气体压力P(i)进行对比和判断，计算出前后轴单位互联面积下的气体质量流量qr1和qr2，再判断当前状态下所需前后轴互联管路交换的气体质量流速qm(1)和前后轴单位互联面积下的气体质量流量qr1是否有相同的正负号，以及判断当前状态下所需前后轴互联管路交换的气体质量流速qm(2)和前后轴单位互联面积下的气体质量流量qr2是否有相同的正负号，若同号，则计算出前后轴最优互联管路内径D1和D2，否则，前后轴最优互联管路内径D1和D2为零；步骤6)：最优互联管路内径计算模块将最佳互联管路内径发送至PWM驱动模块，PWM驱动模块根据车辆上实际互联管路内径与接收的最佳互联管路内径信息生成PWM驱动信号，发送至互联电磁阀模块。本专利技术的技术效果是：1、本专利技术通过各悬架处易于获取的车身高度和空气弹簧温度及气压信息直接计算出最优的控制量，保证车辆运行时由空气弹簧引起的车身侧倾力矩最小，提升车辆舒适性与操稳性，相比于其他基于模型的寻优控制算法运算量小，滞后小。2、本专利技术控制系统通过读取车辆各悬架高度、各空气弹簧气压和温度，根据各物理量之间的关系，逆推出在当前车辆状态下，若需将车辆簧上质量相对于簧下质量的侧倾角恢复至零时所需互联管路交换的气体质量流速，并通过PWM驱动电磁阀运作。系统所需信息可直接获取，且基于模型，计算结果可靠，控制精确，较传统互联状态控制效果更好。附图说明图1为本专利技术一种空气悬架横向互联控制系统的结构框图；图2为图1所示的控制系统的运行流程图。具体实施方式如图1所示，本专利技术一种空气悬架横向互联控制系统由温度采集模块、气压采集模块、车高采集模块以及依次串接的控制器、PWM驱动模块、互联电磁阀组成。其中温度采集模块安装在空气悬架的空气弹簧内，采集各空气弹簧内部的气体温度，将温度信息转换为数字信号，发送至控制器。气压采集模块通过管路和连接头连接传感器进气口和空气弹簧进出气口，采集空气弹簧内部的气体压力，将气体压力信息转换为数字信号，发送至控制器。车高采集模块采用拉线式距离传感器，拉线式距离传感器主体固定在靠近悬架的车辆簧上质量上，其拉线端固定在主体正下方的靠近悬架的车辆簧下质量上，将传感器主体与拉线端的距离信息转换为数字信号，作为车辆高度信息传输至控制器。控制器包含空气弹簧有效面积及体积计算模块、所需侧倾力计算模块、阻尼器及横向稳定杆力计算模块、所需交换的气体质量流速计算模块和最优互联管路内径计算模块这五个模块。其中，空气弹簧有效面积及体积计算模块、所需侧倾力计算模块和阻尼器及横向稳定杆力计算模块这三个模块的输出端均连接所需交换的气体质量流速计算模块的输入端，所需交换的气体质量流速计算模块的输出端连接最优互联管路内径计算模块的输入端。最优互联管路内径计算模块的输出端连接PWM驱动模块。车高采集模块的输出端分别连接空气弹簧有效面积及体积计算模块、所需侧倾力计算模块和阻尼器及横向稳定杆力计算模块这三个模块的输入端。温度采集模块和气压采集模块的输出端均连接最优互联管路内径计算模块的输入端。空气弹簧有效面积及体积计算模块通过读取车高采集模块的信息获取车辆高度信息即各悬架的行程，通过空气弹簧有效面积和体积随悬架行程变化的关系，计算出当前各空气弹簧的有效面积和体积，并发送至所需交换的气体质量流速模块。所需侧倾力计算模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气悬架横向互联控制系统，由温度采集模块、气压采集模块、车高采集模块以及依次串接的控制器、PWM驱动模块、互联电磁阀组成，其特征是：控制器包含空气弹簧有效面积及体积计算模块、所需侧倾力计算模块、阻尼器及横向稳定杆力计算模块、所需交换的气体质量流速计算模块和最优互联管路内径计算模块这五个模块，空气弹簧有效面积及体积计算模块、所需侧倾力计算模块和阻尼器及横向稳定杆力计算模块这三个模块的输出端均连接所需交换的气体质量流速计算模块的输入端，所需交换的气体质量流速计算模块的输出端连接最优互联管路内径计算模块的输入端，最优互联管路内径计算模块的输出端连接PWM驱动模块；车高采集模块的输出端分别连接空气弹簧有效面积及体积计算模块、所需侧倾力计算模块和阻尼器及横向稳定杆力计算模块这三个模块的输入端，温度采集模块和气压采集模块的输出端均连接最优互联管路内径计算模块的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种空气悬架横向互联控制系统，由温度采集模块、气压采集模块、车高采集模块以及依次串接的控制器、PWM驱动模块、互联电磁阀组成，其特征是：控制器包含空气弹簧有效面积及体积计算模块、所需侧倾力计算模块、阻尼器及横向稳定杆力计算模块、所需交换的气体质量流速计算模块和最优互联管路内径计算模块这五个模块，空气弹簧有效面积及体积计算模块、所需侧倾力计算模块和阻尼器及横向稳定杆力计算模块这三个模块的输出端均连接所需交换的气体质量流速计算模块的输入端，所需交换的气体质量流速计算模块的输出端连接最优互联管路内径计算模块的输入端，最优互联管路内径计算模块的输出端连接PWM驱动模块；车高采集模块的输出端分别连接空气弹簧有效面积及体积计算模块、所需侧倾力计算模块和阻尼器及横向稳定杆力计算模块这三个模块的输入端，温度采集模块和气压采集模块的输出端均连接最优互联管路内径计算模块的输入端。2.一种如权利要求1所述的空气悬架横向互联控制系统的控制方法，其特征是包括以下步骤：步骤1)：车身高度采集模块采集各悬架高度fd(i)并发送至控制器，i＝1,2,3,4，分别是车辆的前左、前右、后左和后右四个方位；步骤2)：所述的阻尼器及横向稳定杆力计算模块先计算出悬架各阻尼器力Fc(i)，再计算出车辆横向稳定杆在各悬架处作用在簧上质量上的各横向稳定杆力Fb(i)；所述的所需侧倾力计算模块先计算出车辆簧上质量相对于簧下质量的侧倾角θ，再计算出所需的侧倾力Fr；所述的空气弹簧有效面积及体积计算模块先计算出各空气弹簧有效面积S(i)，再计算出各空气弹簧体积V(i)；步骤3)：所述的气体质量流速计算模块获取各阻尼器阻尼力Fc(i)、各横向稳定杆力Fb(i)、所需侧倾力Fr、空气弹簧有效面积S(i)和体积V(i)，先计算出阻尼器和横向稳定杆在各悬架位置对车辆簧上质量的作用力Fcb(i)，再计算出除去阻尼力和横向稳定杆力后若使得侧倾角θ恢复至0则所需的空气弹簧不平衡力F，然后计算出各空气弹簧所需提供的力Fs(i)和当前状态下所需通过互联管路交换的气体质量q(i)，最后计算出当前状态下所需前后轴互联管路交换的气体质量流速qm(1)和qm(2)；步骤4)：气压采集模块获取各空气弹簧内部气体压力P(i)并输入最优互联管路内径计算模块中，温度采集模块获取各空气弹簧内部气体温度T(i)并输入控制器内最优互联管路内径计算模块中；步骤5)：最优互联管路内径计算模块先将各空气弹簧内部气体压力P(i)进行对比和判断，计算出前后轴单位互联面积下的气体质量流量qr1和qr2，再判断当前状态下所需前后轴互联管路交换的气体质量流速qm(1)和前后轴单位互联面积下的气体质量流量qr1是否有相同的正负号，以及判断当前状态下所需前后轴互联管路交换的气体质量流速qm(2)和前后轴单位互联面积下的气体质量流量qr2是否有相同的正负号，若同号，则计算出前后轴最优互联管路内径D1和D2，否则，前后轴最优互联管路内径D1和D2为零；步骤6)：最优互联管路内径计算模块将最佳互联管路内径发送至PWM驱动模块，PWM驱动模块根据车辆上...

【专利技术属性】
技术研发人员：李仲兴，于文浩，江洪，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32