一種汽車(chē)底盤(pán)高度調(diào)控裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽車(chē)領(lǐng)域，涉及一種車(chē)載電子裝置，特別涉及一種汽車(chē)底盤(pán)高度調(diào)控 裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 與被動(dòng)懸架相比，電子控制空氣懸架（Electronically Controlled Air Suspension，簡(jiǎn)稱ECAS)能降低高速時(shí)的底盤(pán)高度從而使風(fēng)阻系數(shù)減小，改善油耗提高經(jīng)濟(jì) 性，能升高低速時(shí)的底盤(pán)高度而改善通過(guò)性，且輪胎動(dòng)載荷小可以降低路面破壞和提高抓 地性能；而與主動(dòng)懸架相比，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低和容易實(shí)現(xiàn)。在歐美日等汽車(chē)發(fā)達(dá)國(guó) 家，ECAS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高級(jí)客車(chē)、重型貨車(chē)、中型貨車(chē)、掛車(chē)、特種車(chē)輛(隔振要求高的儀 表車(chē)、救護(hù)車(chē)等)和豪華乘用車(chē);而我國(guó)交通部早在2010年制定《營(yíng)運(yùn)客車(chē)類(lèi)型劃分及等級(jí) 評(píng)定》中規(guī)定高級(jí)客車(chē)必須配置空氣懸架。可以預(yù)見(jiàn)的是，隨著空氣懸架在我國(guó)客車(chē)上的成 功應(yīng)用，必會(huì)走上電子化、智能化的軌道上來(lái)，并將會(huì)廣泛應(yīng)用于高級(jí)客車(chē)、重型卡車(chē)和高 檔轎車(chē)等各類(lèi)車(chē)型上來(lái)。因此，對(duì)于我國(guó)汽車(chē)業(yè)界而言，ECAS不僅具有廣闊的應(yīng)用前景，更 重要的是可以較快提升國(guó)產(chǎn)汽車(chē)的檔次、技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)我國(guó)汽車(chē)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和 社會(huì)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)影響。
[0003] 盡管ECAS目前達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)目的，但仍然存在不少問(wèn)題需要解決，其性能和 功能還可以進(jìn)一步完善，尤其是在我國(guó)汽車(chē)工業(yè)，對(duì)于ECAS的研究和應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要 走，其中ECAS底盤(pán)高度動(dòng)態(tài)調(diào)控在瓶頸問(wèn)題，這嚴(yán)重影響和制約ECAS汽車(chē)的發(fā)展。反復(fù)采用 "采集高度位移信號(hào)-計(jì)算充/放氣時(shí)間-驅(qū)動(dòng)電磁閥-再采集高度位移信號(hào)-再計(jì)算充/ 放氣時(shí)間-驅(qū)動(dòng)電磁閥"方法來(lái)調(diào)控底盤(pán)高度。這種方法以高度位移為控制的觀測(cè)量，優(yōu)點(diǎn) 是為一直接量，中間不需要轉(zhuǎn)換計(jì)算等環(huán)節(jié);缺點(diǎn)是汽車(chē)行駛中由于底盤(pán)存在垂向振動(dòng)慣 性，高度位移傳感器采樣的信號(hào)可能是一"偽"高度，不能代表底盤(pán)高度偏差的真實(shí)值。因 此，以此"偽"高度信號(hào)來(lái)進(jìn)行調(diào)控空氣彈簧的充排氣過(guò)程，必然會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)"不足調(diào)整"或 "過(guò)度調(diào)整"現(xiàn)象，難以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)控。
[0004] 如何實(shí)現(xiàn)ECAS底盤(pán)高度的精確調(diào)節(jié)，已引起科技工作人員的注意。汽車(chē)底盤(pán)高度 調(diào)控涉及空氣動(dòng)力學(xué)、工程熱力學(xué)和車(chē)輛動(dòng)力學(xué)，管內(nèi)的氣流為非均勻非定常流動(dòng)且非常 復(fù)雜，尤其是在汽車(chē)動(dòng)態(tài)行駛中，充放氣時(shí)間難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，導(dǎo)致空氣彈簧"過(guò) 充"或"過(guò)放"從而使底盤(pán)高度難以精確調(diào)整到位，出現(xiàn)多次調(diào)整使系統(tǒng)振蕩。
[0005] 基于前期的研究發(fā)現(xiàn)及文獻(xiàn)報(bào)道可知，空氣彈簧高度會(huì)隨彈簧內(nèi)氣體量的變化而 變化。現(xiàn)有模型難以精確描述電磁閥開(kāi)啟時(shí)間，但采用空氣流量傳感器可以采集流入/流出 空氣彈簧內(nèi)氣體量，如能計(jì)算出從底盤(pán)高度I調(diào)整到高度Π 時(shí)空氣彈簧內(nèi)氣體所需改變量， 就能以氣體量代替位移量來(lái)調(diào)控底盤(pán)高度。因?yàn)闅怏w量不像位移量那樣，采樣時(shí)會(huì)受到 ECAS底盤(pán)垂向振動(dòng)的影響，所以可以實(shí)現(xiàn)底盤(pán)高度的精確切換。而如何把ECAS底盤(pán)高度調(diào) 節(jié)問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈴椈蓛?nèi)氣體量的調(diào)控問(wèn)題，這是本發(fā)明所需要解決的問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種汽車(chē)底盤(pán)高度調(diào)控裝置，包括過(guò)濾器、空氣壓縮機(jī)、干 燥器和儲(chǔ)氣罐，其特征在于:所述過(guò)濾器、空氣壓縮機(jī)、干燥器和儲(chǔ)氣罐首尾通過(guò)氣體管道 相連;所述儲(chǔ)氣罐出氣口通過(guò)氣體管道與氣閥模塊組的進(jìn)氣口連接，雙向流量計(jì)一端與氣 閥模塊組連接另一端與空氣彈簧連接，空氣彈簧通過(guò)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)置在前車(chē)橋、后車(chē)橋與底 盤(pán)之間，車(chē)輪設(shè)置在空氣彈簧下方;所述空氣壓縮機(jī)、氣閥模塊組、雙向流量計(jì)和空氣彈簧 通過(guò)電子控制系統(tǒng)進(jìn)行控制;所述電子控制系統(tǒng)包括電源、傳感器組、加速度傳感器、電子 控制單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。調(diào)控時(shí)若向空氣彈簧充入氣體，空氣彈簧軸向伸長(zhǎng)，促使底盤(pán)升高； 相反，若給空氣彈簧放氣，內(nèi)腔氣壓減低，在重力作用下空氣彈簧軸向縮短，底盤(pán)下降。
[0007] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案為在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，在空氣供給系統(tǒng)增加雙向流量傳感 器，并用其來(lái)代替高度傳感器的作用，進(jìn)而開(kāi)發(fā)以氣體質(zhì)量為觀測(cè)量的控制系統(tǒng)。以氣體質(zhì) 量為觀測(cè)量的控制系統(tǒng)，重點(diǎn)尋找底盤(pán)高度與氣體壓力、空氣彈簧內(nèi)腔容積關(guān)系，使汽車(chē)底 盤(pán)高度調(diào)控問(wèn)題轉(zhuǎn)化成空氣彈簧的氣體質(zhì)量調(diào)控問(wèn)題。本發(fā)明以底盤(pán)高度偏差和氣體彈簧 初始?xì)怏w壓力為輸入向量，以空氣彈簧內(nèi)氣體質(zhì)量的變化量為輸出向量，重構(gòu)空氣懸架模 型，修正數(shù)學(xué)模型以考慮環(huán)境溫度和大氣壓力變化。
[0008] 進(jìn)一步的，所述傳感器組包括空氣彈簧氣壓傳感器、大氣壓力傳感器、環(huán)境溫度傳 感器、雙向流量傳感器、儲(chǔ)氣罐壓力傳感器、速度傳感器和加速度傳感器;所述空氣彈簧氣 壓傳感器、大氣壓力傳感器、環(huán)境溫度傳感器、雙向流量傳感器、儲(chǔ)氣罐壓力傳感器、速度傳 感器和加速度傳感器相互之間電連接；空氣彈簧氣壓傳感器用于采集空氣彈簧氣壓信號(hào)； 大氣壓力傳感器用于采集大氣壓力信號(hào);環(huán)境溫度傳感器用于采集大氣溫度信號(hào);雙向流 量傳感器用于采集流入/流出空氣彈簧內(nèi)的氣體量;儲(chǔ)氣罐壓力傳感器用于采集儲(chǔ)氣罐的 氣壓信號(hào);速度傳感器用于采集汽車(chē)行駛速度信號(hào)；加速度傳感器用于采集汽車(chē)行駛加速 度信號(hào)。
[0009] 進(jìn)一步的，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括空氣壓縮機(jī)繼電器、左前繼電器、左后繼電器、右前 繼電器和右后繼電器。
[0010]進(jìn)一步的，所述氣閥模塊組由四路三位三通電磁閥分別為左前三位三通電磁閥、 左后三位三通電磁閥、右前三位三通電磁閥和右后三位三通電磁閥組成；四路三位三通電 磁閥的P端接口均通過(guò)進(jìn)氣總管與儲(chǔ)氣罐出氣口相通，四路三位三通電磁閥的0端通過(guò)過(guò)濾 器與外部環(huán)境相通，四路三位三通電磁閥的A端與雙向流量計(jì)連接。
[0011] -種車(chē)底盤(pán)高度調(diào)控裝置的控制方法，包括如下步驟：
[0012] 第一步:汽車(chē)鑰匙插入點(diǎn)火開(kāi)關(guān)并轉(zhuǎn)向0N位置，底盤(pán)高度控制系統(tǒng)的電路與車(chē)載 蓄電池接通，傳感器進(jìn)行信號(hào)采集；
[0013] 第二步:通過(guò)儲(chǔ)氣罐給定的參考?xì)鈮簲?shù)值Prrf與傳感器采集到的氣壓數(shù)值P之偏差 來(lái)控制空壓機(jī)繼電器工作狀態(tài)，如果偏差大于O.lbar則空壓繼電器閉合空壓機(jī)電路，空壓 機(jī)啟動(dòng)工作直到氣壓偏差小于0. lbar為止;如果氣壓平偏差小于0. lbar則進(jìn)入第三步； [0014]第三步:汽車(chē)停止?fàn)顟B(tài)的底盤(pán)參考高度為高度I，電子控制單元根據(jù)空氣彈簧氣體 壓力、雙向流量計(jì)等的信號(hào)和空氣彈簧模型，計(jì)算出底盤(pán)高度I所對(duì)應(yīng)的空氣理論質(zhì)量與空 氣彈簧內(nèi)實(shí)際空氣質(zhì)量之偏差，并以該偏差進(jìn)行調(diào)控，若為正值，則氣閥模塊組對(duì)空氣彈簧 進(jìn)行充氣直到偏差恢復(fù)零值為止;若為負(fù)值，向氣閥模塊組對(duì)空氣彈簧進(jìn)行放氣直到為偏 差恢復(fù)零值為止;若為零，則不進(jìn)行調(diào)控，維持現(xiàn)狀；
[0015] 第四步:汽車(chē)行駛后，速度傳感器對(duì)汽車(chē)行駛速度進(jìn)行采集，判斷車(chē)速是否不大于 20km/h，如果車(chē)速不大于20km/h則電子控制單元不進(jìn)行調(diào)控其底盤(pán)高度仍為I，如果車(chē)速大 于20km/h且小于60km/h，則電子控制單元計(jì)算出底盤(pán)高度I降到底盤(pán)高度Π 時(shí)空氣彈簧所 需放出的氣體量A，并控制空氣彈簧放氣直至流過(guò)雙向流量計(jì)的氣體量等于上述氣體量A為 止;若車(chē)速大于60km/h，則電子控制單元計(jì)算出底盤(pán)高度Π 降到底盤(pán)高度ΙΠ 時(shí)空氣所需放 出的氣體量B，并控制空氣彈簧放氣直至流過(guò)雙向流量計(jì)的氣體量等于上述氣體量B為止；
[0016] 第五步:汽車(chē)行駛后開(kāi)始降速準(zhǔn)備停止，通過(guò)速度傳感器對(duì)汽車(chē)行駛速度采集的 數(shù)據(jù)，