[发明专利]用于电控空气悬架系统高度传感器数据滤波方法

权利要求书

1.一种用于电控空气悬架系统高度传感器数据滤波方法，其特征在于：构建空气弹簧模型和车身垂向动力学模型，针对不同空气弹簧状态、车身垂向动力学情况以及电磁阀控制信号，预测使用了电控空气悬架系统的车辆的车身高度；并使用传感器历史数据对传感器测量误差进行建模，基于扩展卡尔曼滤波方法，对车身高度传感器的测量数据进行有效滤波，包括如下步骤：

S1：实时数据采集；

S11：数据源自实车数据采集，采集内容为高度传感器测量值以及电磁阀的控制信号；

S12：数据验证为实车高度调节过程中的采集数据验证；

S2：根据电控空气悬架系统模型对车身高度数据进行预测；

构建电控空气悬架系统模型，将电磁阀控制信号作为输入预测车身高度变化，对非线性系统状态空间进行了线性化处理，输出系统状态的预测值和滤波误差协方差的更新值；

所述电控空气悬架系统模型包括空气弹簧模型和车身垂向动力学模型；

所述空气弹簧模型，其构建如下：

根据热力学第一定律，建立电磁阀开启时空气弹簧模型：

其中：T_n为空气弹簧内的温度；dm_n/dt为流入流出空气弹簧的气体质量流量；V_n为空气弹簧的容积；P_n为空气弹簧内绝对气压；R为气体常数；κ为绝热指数；

电磁阀关闭后，整个空气弹簧内部的气体状态变化成为一个多变过程，电磁阀关闭时空气弹簧模型：

空气弹簧的体积变化关系：

其中：Z_s为簧上质量的垂向位移，Z_t为簧下质量的垂向位移，Z_s-Z_t为空气弹簧的高度变化，ΔV((Z_s-Z_t))为体积随空气弹簧的高度的变化率，为简化模型，将其看作定值；

将公式(3)带入公式(1)和公式(2)，从而得到最终的空气弹簧模型公式:

电磁阀开启时空气弹簧模型：

电磁阀关闭时空气弹簧模型：

所述车身垂向动力学模型，其构建如下：

整车ECAS车身高度系统数学模型化简后，得到如下的车身垂向动力学模型：

式(6)中：

其中，m_s为簧上质量，Z_s为簧上质量的垂向位移，F_FL和F_FR为前桥左右两侧悬架施加在簧上质量上的力，F_ML和F_MR分别为驱动桥左右两侧的空气悬架施加在簧上质量上的力，d₁和d₂为前桥轮距和驱动桥轮距，l₁和l₂为前桥和驱动桥到簧上质量质心的纵向距离，ω为簧下质量运动带来的干扰，A_e为空气弹簧截面积，c为钢板弹簧阻尼，k为钢板弹簧刚度，C⁽¹⁾空气弹簧一阶阻尼；

仅在驱动桥左侧安装了高度传感器，其系统状态变量X、观测量Y和系统输入U选择为：

Y＝[Z_ML]

则其状态空间表达式为：

为得到扩展卡尔曼滤波递推方程，先对系统方程进行离散化：

由此得到状态预测方程：

和观测预测方程：

S3：使用扩展卡尔曼滤波方法对传感器采集数据进行滤波；

扩展卡尔曼滤波所需要的观测值方差R，将预测的车身高度建模误差和传感器测量误差，计算卡尔曼滤波增益，并对系统状态和滤波误差协方差进行矫正，输出滤波后的车身高度信息。