[发明专利]空气悬架气体回路充(放)气过程数学模型的建立方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含膜式空气弹簧的车用电子控制空气悬架(ECAS)车身高度控制的 气体回路充(放)气过程数学模型的建立方法。

背景技术

电子控制空气悬架具有被动保持车身高度和主动调节车身高度的功能，其充(放)气 过程控制由电磁阀来实现。电磁阀控制不同于机械式高度阀控制，机械式高度阀由机械机 构来控制阀门开度所产生的节流效果来控制通过气体的流量，无法实现从某一设定高度提 升到另一设定高度的主动调节。而电磁阀的开度是一定的，其控制气体流量是通过电磁阀 开启的时间来实现，可以实现高度的主动调节。空气悬架中主要承载部件为空气弹簧，当 车身重量(载荷)改变时，弹簧在载荷的作用下产生变形并使安装在车身上的高度传感器 同步移动，高度传感器将摆杆摆动的角位移转换成电脉冲信号，亦即不同的车身高度对应 不同的电脉冲信号。控制系统中的ECU将高度传感器的实时电脉冲信号与初始信号进行比 较和计算，再将当前高度与目标高度之间的差值换算成电脉冲信号传送给执行机构电磁 阀，通过脉冲的时间长度控制电磁阀充气(排气)阀门开启的持续时间，以最终达到通过 控制充入气囊或者放出气囊空气量的多少来实现车身高度的控制。空气弹簧充(放)气过 程分两个阶段：电磁阀充气(排气)阀门持续开启阶段，电磁阀充气(排气)阀门关闭后 的阶段。在实践中，以最简单的PD控制为例，目标高度容差值的设定以及实际高度与目 标高度差值的比例系数、抬升速度的微分系数的确定对控制的效果影响很大，这两个参数 需反复调校，耗时耗能。车身高度在抬升(对气囊充气)和下降(气囊放气)过程中，除 需考虑车身载荷的影响之外，还需考虑可变阻尼减振器压缩行程与拉伸行程阻尼值的不 同。减振器阻尼对悬挂质量垂直运动产生的滞后容易产生“过充”现象，即车身高度变化 受到阻尼作用而出现滞后，电磁阀关闭停止充气后，车身高度仍然继续被抬升，造成最终 高度超出设定的目标高度，电磁阀又开启放气回路对空气弹簧进行放气，从而陷入了在设 定的目标高度附近产生“震荡”。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，综合考虑减振器的压缩和复原阻尼不同的阻 尼效果、气体回路的流量特性、气体管路压力损失等影响因素，提供了一种空气悬架气体 回路充(放)气过程数学模型的建立方法。

本发明采用的技术方案是按如下步骤：

A.获取悬架高度控制系统中空气弹簧、减振器、空气弹簧用储气罐以及组成气体回 路的有效截面积等相关参数；

B.确定空气弹簧的初始压力、初始体积和初始温度，以及储气罐的供气压力和初始 温度；

C.按照电磁阀开启阶段建立管路中的流量计算子系统，集中气阻两端初始气压分别 等于两端连接的空气弹簧、储气罐、大气的绝对气压；

D.搭建空气弹簧子系统，将电磁阀子系统计算的结果作为空气弹簧子系统的输入。 并且电磁阀关闭时的气囊压力和体积作为电磁阀关闭后气囊压力和体积计算的初始条件；

E.建立弹簧恢复力与减振器阻尼力以及车身质量运动中的惯性力之间的关系，完成 车身动力学子系统的搭建；

F.根据各子系统之间的参数传递关系将各子系统连接起来；

G.试验并修正模型中的参数

本发明的有益效果是：

1、可通过控制电磁阀对空气弹簧进行充(放)气来实现电子控制空气悬架车身高度 调节，根据气体状态方程、质量方程、流体流量方程以及动力学方程将电子控制空气悬架 复杂的气体回路简化成三个子系统，并分别搭建了空气弹簧子系统、电磁阀子系统、车身 动力学子系统，最终根据子系统之间的关系构建了完整的气路系统。

2、在综合考虑储气罐与气囊之间的气体回路布置及组成形式的情况下，通过充(放) 气模型可以考察目标高度容差值设定对充(放)气过程的影响以及系统中不同部件性能参 数的改变对充(放)气过程的影响，为目标高度容差值、控制量的确定以及不同控制策略 的运用、硬件实施提供基础和参考依据。

附图说明

图1是电子控制空气悬架气体回路示意图；

图2是气体回路系统连接示意图；

图中；1.空压机；2.空气干燥器；3.四回路保护阀；4.管路滤清器；5.充气阀；6. 空气弹簧用储气罐；7.单向阀；8.电磁阀；9.悬架；10.空气弹簧；11.减振器；12.集中 气阻。

具体实施方式