车辆的悬架系统的高度调节方法及悬架系统

技术领域

本申请涉及车辆技术领域，尤其涉及一种空气悬架系统的高度调节方法、悬架系统及车辆。

背景技术

随着人们生活水平的提高，汽车不仅可以作为一种交通工具，而且还是人们展现个性的一种工具。

悬架系统是汽车的重要组成部分之一，汽车悬架系统是指在车架(或车身)与车桥(或车轮)之间弹性连接的部件，主要由弹性元件、导向装置及减振器三个基本部分组成。汽车悬架的作用主要是缓和、抑制由不平路面引起的振动和冲击，保证乘员乘坐舒适性和所运货物完好；此外，除传递汽车垂直力外，还传递其他各方向的力和力矩，并保证车轮和车身(或车架)之间有确定的运动关系，使汽车具有良好的驾驶性能。因此，汽车悬架系统是影响乘坐舒适性和操纵稳定性的重要部件。

图1示出了现有技术的电控空气悬架系统的示意图，即目前所开发的ECAS(Electronically Controlled Air Suspension)平台电控空气悬架系统，其工作通过空气弹簧和减振器调节车身高度、悬架刚度和阻尼，适应车辆各种运行状态。其主要包括高度和压力传感器、无线高度测距仪、电子控制单元(ECU)、电磁阀和减振器等。其主要功能是标定车辆高度，抑制车身侧倾和俯仰，并提升乘坐舒适性，兼顾车辆的运动性和舒适性。其中1为车架，2为车轮支架，3为车轮，4为空气弹簧，5为减振器，6为高度传感器，7为高度传感器连接杆，8为电磁阀，9为储气罐，10高度控制单元ECU，11为气路，12为信号线路，13为无线水平仪模块(标定时安装)，14为横摆杆，15为伺服电动缸，16为无线高度测距仪。

电控空气悬架系统中,电磁阀开闭时刻的选择及充放气周期长度的确定是准确调节车身高度的核心。由于电磁阀具有较大的进、排气口,使得悬架系统能快速调节高度或压力,但也可能使气囊充入或排出过量空气而造成调节误差，并且气动系统具有复杂的非线性特性。因此,选用合适的控制算法来确定悬架系统的电磁阀的充放气脉冲长度和占空比是非常重要的。

CN116176204A专利提出了一种商用车车辆悬架模糊PID(Proportional IntegralDerivative，比例、积分、微分)控制的控制方法，但未对其起始控制范围进行明确，导致可能产生对空气弹簧调节时超调量过大与响应时间过长的问题，也不能适应不同场景下的调节需求。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方式。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种车辆的悬架系统的高度调节、悬架系统及车辆，基于传感器感测的悬架高度数据与目标高度数据的差值判断是否满足调节条件，当判断满足调节条件，通过模糊控制器和PID控制器运算后，输出控制信号来控制电磁阀以调节所述悬架的高度。解决了由于控制范围不明确造成对空气弹簧调节时超调量过大与响应时间过长，非线性系统动态性能较差等至少之一问题。

根据本申请的一个方面，提供一种车辆的悬架系统的高度调节方法，其特征在于，包括：

获得经高度传感器得到的悬架高度数据；

基于得到的高度数据与目标高度数据的差值，判断是否满足调节条件；

响应于满足调节条件，通过模糊控制器和PID控制器运算后，输出控制信号来控制电磁阀以调节所述悬架的高度。

可选地，

所述调节条件，在车辆处于驻车阶段和车辆处于行驶过程阶段相互不同。

可选地，

响应于车辆处于驻车阶段，当从多路传感器得到的悬架高度数据与目标高度数据之间的差值至少之一大于预设高度差值，且任意两路传感器的悬架高度数据之间的相对差值大于预设相对差值，判断为满足调节条件。

可选地，

响应于车辆处于行驶过程阶段，当从多路传感器得到的悬架高度数据与目标高度数据之间的差值至少之一大于预设高度差值，判断为满足调节条件。

可选地，

响应于车辆处于驻车阶段，所述悬架高度数据为车身到地面的高度数据。

可选地，

响应于车辆处于行驶过程阶段，所述高度数据为悬架相对于车轮的高度数据。

可选地，

多路传感器包括位于车辆至少四个不同位置的传感器；

和/或

所述空气悬架系统为电控空气悬架ECAS系统。

可选地，

通过模糊控制器和PID控制器运算后，输出控制信号来控制电磁阀以调节所述悬架的高度，包括：

模糊控制器根据得到的高度数据和预设模糊规则计算出PID所需的控制参数，PID控制器根据所述控制参数计算输出电磁阀的控制数据，以控制电磁阀对空气弹簧进行充放气来实现悬架高度调节。

可选地，

所述预设模糊规则，在车辆处于驻车阶段和车辆处于行驶过程阶段相互不同。

根据本申请的又一个方面，提供一种用于车辆的悬架系统，其特征在于：

所述悬架系统至少包括高度传感器、高度控制单元和电磁阀，所述高度控制单元执行如上所述的方法。

根据本申请的又一个方面，提供一种车辆，其特征在于，

包括高度控制单元和悬架系统，所述悬架系统至少包括高度传感器、电磁阀，所述高度控制单元执行如上所述的方法。

根据本申请提出的一种车辆的悬架系统的高度调节方法、悬架系统及车辆，基于传感器感测的悬架高度数据与目标高度数据的差值判断满足调节条件后，通过模糊控制器和PID控制器运算，输出控制信号来控制电磁阀以调节所述悬架的高度。解决了由于控制范围不明确造成对空气弹簧调节时超调量过大与响应时间过长，不必要的运算及电量资源的浪费，悬架系统的加速耗损，非线性系统动态性能较差等至少之一问题。进而，对驻车环节和车辆行驶过程采用不同的调节条件，进一步满足了悬架系统的动态性能要求。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术的电控空气悬架系统的示意图；

图2示出了本申请的一种车辆的悬架系统的高度调节方法的示意图；

图3示出了本申请的一种自适应模糊控制器的框架示意图；

图4示出了本申请的一种悬架系统高度调节方法的控制逻辑示意图；

图5(a)和5(b)示出了本申请的一种悬架系统调节方法的一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图2示出了本申请的一种车辆的悬架系统的高度调节方法的示意图。

作为一种实现方式，车辆可以为电控车辆，其至少包括用于测量悬架高度的高度传感器、用于调节悬架高度的高度控制单元和用于执行高度调节的电磁阀。电控车辆还可以包括电子控制单元ECU(Electronic Control Unit)，高度控制单元可以作为ECU的功能的一部分，也可以是独立于ECU而存在软件或者硬件资源。

空气悬架系统可以为如背景技术提及的电控空气悬架系统ECAS(ElectronicallyControlled Air Suspension)，空气悬架系统包括空气弹簧和电磁阀，电磁阀用于控制空气弹簧的充放气时刻、时长和或周期，通过对电磁阀的频率方波/占空比数值的调整，进而控制空气弹簧的充放气以调节悬架系统的高度。作为一个示例，高度控制单元可以是悬架系统的组成部分，也可以独立于悬架系统之外。

如图2所示，步骤S1,高度控制单元获得经高度传感器得到的悬架高度数据。

高度传感器可以是无线高度测距仪，其可以基于红外，也可以基于雷达、激光、超声波等任何可用于测量高度的技术实现，不限于此。

作为一个实现方式，高度传感器可以包括多路传感器，分别位于车辆至少四个不同位置，以达到对车辆多个位置高度的调整，是高度调整更加精确。

步骤S2,基于得到的高度数据与目标高度数据的差值，判断是否满足调节条件。

通常来说，车辆在行驶或者驻车环节难免有一些高频的波动，如果针对这些高频波动，也对悬架系统高度进行实时调节，将可能造成空气弹簧调节的超调量过大与响应时间过长，以及运算及电量资源的不必要浪费，以及悬架系统的过度耗损，且会使得悬架系统的非线性系统动态性能较差。本申请针对于这些高频波动，通过设置的调节条件，避免对它们进行调节。

高度传感器得到的高度数据，就是悬架当前实际高度。基于当前实际高度与目标高度数据的差值，来判断是否满足悬架系统的高度调节条件，只在满足调节条件时，才对悬架系统高度进行调节，由此明确了调节控制范围，从而能够避免造成对空气弹簧调节时超调量过大与响应时间过长等问题。

作为一个实现方式，所述调节条件，在车辆处于驻车阶段和车辆处于行驶过程阶段相互不同。

作为一个示例，车辆处于驻车阶段，当从多路传感器得到的悬架高度数据与目标高度数据之间的差值中至少之一大于预设高度差值，且至少之一对任意两路传感器的悬架高度数据之间的相对差值大于预设相对差值，判断为满足调节条件。也就是说，单一路的传感器测出来的高度误差太小不用调定，并且任意两路之间若差别过小也不用调节，进一步地，假设采用四路传感器的情况下，即使四路传感器都没有达到预设的高度，但是，此时若任意两个传感器感测的高度的差别不是太大，也无需进行调节。

可选地，当车辆处于驻车阶段，传感器感测的悬架高度数据为车身到地面的高度数据，是一种绝对高度，因为驻车的标定要求更高。

作为一个示例，当车辆处于行驶过程阶段，当从多路传感器得到的悬架高度数据与目标高度数据之间的差值至少之一大于预设高度差值，判断为满足调节条件。假设采用四路传感器的情况下，车辆行驶过程中只要四个点每一个达到相同的高度，此时自然车辆也就持平。当然，可选地，在差值变化率不大于预设变化率时，也可以无需调节。由此可见，行驶过程阶段与驻车阶段比较来看，驻车调定要求更低。

可选地，当车辆处于行驶过程阶段，高度传感器感测的高度数据为悬架相对于车轮的高度数据。行驶阶段的高度传感器例如是安装在车辆悬架和车轮之间的，测得是悬架相对于车轮的高度，并不是绝对高度，也可以用一种角度传感器，通过测出来的角度取得正弦值得到悬架相对于车轮的相对高度。

步骤S3,响应于满足调节条件，通过模糊控制器和PID控制器运算后，输出控制信号来控制电磁阀以调节所述悬架的高度。

作为一种实现方式，模糊控制器根据得到的高度数据和预设模糊规则计算出PID所需的控制参数，PID控制器根据所述控制参数计算输出电磁阀的控制数据，以控制电磁阀对空气弹簧进行充放气来实现悬架高度调节。

区别于传统PID控制，本申请采用模糊控制器实现自适应控制，其可以根据高度传感器感测的实际高度数据与目标高度数据之间的误差及其误差率自动匹配模糊规则表中的PID三个参量，进而PID控制器输出电磁阀的控制数据例如占空比数值/频率方波，电磁阀基于来自PID控制器输出的控制数据执行对空气弹簧的充放气以实现对悬架系统的高度调节。

作为一个实现方式，由于驻车阶段和行驶阶段对于动态性能的不同要求，二者的模糊规则也可以不相同。

图3示出了本申请的一种自适应模糊控制器的框架示意图。其中e为传感器接收数据与控制目标值之间的差值，KE与KEC分别为偏差的量化因子与偏差变化率的量化因子，KΔP、KΔI、KΔD分别为比例、积分、微分系数的增值，de(t)/d(t)为对e(t)求时间的一阶导数，t为时间。

作为一个实现方式，本申请设计了两套自适应模糊控制器以用于控制PID控制器，两套模糊控制器分别适用于车辆出厂后的驻车标定过程与车辆行驶过程中的复位过程，所区别的点在于前者的传感器反馈信号为高度测距仪所测得的车身高度信息，而后者的传感器反馈信号为安装在车辆悬架与车轮之间的高度传感器。

图4示出了本申请的一种悬架系统高度调节方法的控制逻辑示意图。如图所示，预设高度值(目标高度数据)与传感器44的反馈值(悬架系统实际高度)进行作差后作为模糊控制器41的输入，同时模糊控制器41输出PID控制参数的变化量，作为PID控制器42的输入，经PID控制器42运算后输出合适的占空比控制电磁阀43的流量大小从而控制悬架高度。

图5(a)和5(b)示出了本申请的一种悬架系统调节方法的一实施例的流程示意图。

对于驻车复位过程，如图5(a)所示，在车辆驻车环节，系统或者用户发起调节高度请求R(S50)，安装在车身的四个高度测距仪(四个作为示例，不限于此，可多可少)需检测车身相对于地面高度并反馈至ECU(S51)，ECU将测得的高度与预设的车身高度作比较，得出误差以及误差率(S52)，此时，需验证任意两侧车身高度之间的差值是否在误差范围外(S53)，同时当从多路高度测距仪中任一路得到的车身高度(相当于悬架高度)与预设的车身高度(相当于目标高度数据)之间的差值有至少之一在误差允许范围外，此时将误差以及误差变化率作为模糊自适应PID控制器(也就是模糊控制器)的输入，模糊控制器根据系统所需的动态性能要求制定的模糊规则挑选出合适的PID控制器参数增量作为PID控制的输入，从而输出制定频率方波控制电磁阀(S54)，电磁阀对空气弹簧高度做出调整(S55-56)。

对于车辆行驶过程高度调节过程，如图5(b)所示,与车辆驻车环节的区别在于传感器为安装在悬架与车轮之间的高度传感器，同时考虑到行驶工况的复杂多变而造成误差产生过于频繁的问题，在控制器前置环节添加误差及误差变化率判断环节(S60)，以期望在产生较大的误差以及误差变化率时才进行控制调节。该控制系统的控制器仍采用模糊控制器，可选地，区别于驻车复位过程高度调节的模糊控制器，该控制系统动态性能要求响应时间更短，超调量更小，因此可以采用区别于前者不同的模糊规则。

模糊控制器具体调节如下：首先定义模糊控制策略的输入和输出，输入是高度传感器目标值与反馈值的偏差e和偏差变化率ec，分别定义e

对于图1所示的模糊规则表，是在实际控制过程中计算机或者控制器自动匹配查找的。这里对其用法做一例子解释。

比如我们定义e和ec的模糊论域分别为[-50,50].[-500,500].表中模糊集合为NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB。共七个。也就是将-50～50分成七份，比如我们e此时为-30，ec为300，那么对应的查表e就为NM，ec就为PM。那么对应查表ΔKP、ΔKI、ΔKD的模糊集合就为ZO,ZO,NS。我们ΔKP、ΔKI、ΔKD对应的模糊论域为[-100，500]、[0，100]、[-6，90]，同样也是对这三者进行七等分。就可以得到ΔKP、ΔKI、ΔKD为200,50,3.8附近的值。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。