[发明专利]一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统，该方法所采用系统包含虚拟控制输入求解模块、实际控制输入求解模块以及电磁阀控制信号求解模块，虚拟控制输入求解模块通过引入基于分数幂参数的控制律获取使状态变量有限时间快速收敛的虚拟控制输入；实际控制输入求解模块根据系统数学模型和虚拟控制输入获取实际控制输入，进一步地，由电磁阀控制信号求解模块根据实际控制输入与不同电磁阀PWM信号的关系获取实现车身高度跟踪的各电磁阀PWM信号。针对电控空气悬架系统车身高度调节过程的振荡以及路面随机激励等高频干扰现象，通过提出一种基于有限时间控制的车身高度调节方法，提高车身高度控制的响应速度和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法及系统，属于车辆悬架系统智能控制技术领域。

背景技术

随着电子控制技术的快速发展，结合高速开关电磁阀的电控空气悬架系统得到了越来越广泛的关注。电控空气悬架系统不仅能够根据道路行驶工况、车辆运行车速以及驾驶员操控需求等对空气悬架系统刚度、阻尼等进行自适应调节，而且还能对车辆的车身高度进行主动控制，满足车辆复杂行驶工况下的控制需求。目前，电控空气悬架系统已在重型车、客车以及多数豪华车上得到越来越多的应用。

电控空气悬架系统通常采用电磁阀对空气弹簧进行充放气从而实现车身高度的调节。在车高调节过程中，传感器实时采集车身高度信息，控制器根据采集到的实际车身高度与目标车身高度的差值，控制电磁阀的开关状态，从而调节流入或者流出空气弹簧的气体流量，使车身高度在目标高度的一定范围内。

车身高度调节作为电控空气悬架系统的特色功能，一直是该领域的研究热点。为了实现车身高度快速、稳定的调节，并且满足复杂工况下的高度自适应调节，国内外学者提出了多种多样的控制方法。然而，车辆运行过程中不仅存在高频的路面随机激励，也存在载荷变化、空气压力变化等不确定参数的影响，此外，由于电磁阀的进、出口气大以及空气流动时的时滞特性，空气流入或流出空气弹簧时可能存在过充、过放的现象，引起车身高度调节过程的超调或者振荡，使得车身姿态不稳。

因此，针对电控空气悬架系统车身高度调节过程中产生明显的超调以及在目标值附近的振荡现象，有必要从时间最优的角度提出一种具有更快响应速度和更强鲁棒性能的高品质车身高度控制器，以实现车身高度的有效调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：减小电控空气悬架系统车身高度调节过程的振荡，使车身高度快速趋向目标值，并且具有良好的鲁棒性能。针对该技术问题，本发明提出一种基于有限时间控制理论的电控空气悬架系统车身高度控制方法及系统，通过在控制器中引入分数幂项提高控制器的响应速度和鲁棒性能。本发明所采用的技术方案为：

一种电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法，所述控制方法采用的车身高度控制器包含虚拟控制输入求解模块、实际控制输入求解模块以及电磁阀控制信号求解模块，虚拟控制输入求解模块引入基于分数幂参数的控制律作为虚拟控制律，获取使状态变量有限时间快速收敛的虚拟控制输入；实际控制输入求解模块根据系统数学模型和虚拟控制输入获取实际控制输入，进一步地，由电磁阀控制信号求解模块根据实际控制输入与不同电磁阀PWM信号的关系获取实现车身高度快速跟踪的各电磁阀PWM信号。

本发明技术方案提出的电控空气悬架系统车身高度有限时间控制方法主要包括以下步骤：

(1)建立单轮电控空气悬架车身高度控制系统数学模型，主要包括车身、非簧载质量、空气弹簧、减振器、车轮、路面、储气罐、低压气源、充气电磁阀、空气弹簧电磁阀、放气电磁阀以及管路；

(2)将电控空气悬架分割成车身高度调节系统和干扰信息两部分，进行车身高度控制系统数学模型的降维简化；