[發明專利]用于電控空氣懸架系統高度傳感器數據濾波方法

有效

• 申請號: 202210126434.0
• 申請日: 2022-02-10
• 公開（公告）號: CN114312201B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 吳光強;李維鈞;龍一鳴;譚小強
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B60G17/018
• 分類號: B60G17/018
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 劉瑩

1.一種用于電控空氣懸架系統高度傳感器數據濾波方法，其特征在于：構建空氣彈簧模型和車身垂向動力學模型，針對不同空氣彈簧狀態、車身垂向動力學情況以及電磁閥控制信號，預測使用了電控空氣懸架系統的車輛的車身高度；并使用傳感器歷史數據對傳感器測量誤差進行建模，基于擴展卡爾曼濾波方法，對車身高度傳感器的測量數據進行有效濾波，包括如下步驟：

S1：實時數據采集；

S11：數據源自實車數據采集，采集內容為高度傳感器測量值以及電磁閥的控制信號；

S12：數據驗證為實車高度調節過程中的采集數據驗證；

S2：根據電控空氣懸架系統模型對車身高度數據進行預測；

構建電控空氣懸架系統模型，將電磁閥控制信號作為輸入預測車身高度變化，對非線性系統狀態空間進行了線性化處理，輸出系統狀態的預測值和濾波誤差協方差的更新值；

所述電控空氣懸架系統模型包括空氣彈簧模型和車身垂向動力學模型；

所述空氣彈簧模型，其構建如下：

根據熱力學第一定律，建立電磁閥開啟時空氣彈簧模型：

其中：T_n為空氣彈簧內的溫度；dm_n/dt為流入流出空氣彈簧的氣體質量流量；V_n為空氣彈簧的容積；P_n為空氣彈簧內絕對氣壓；R為氣體常數；κ為絕熱指數；

電磁閥關閉后，整個空氣彈簧內部的氣體狀態變化成為一個多變過程，電磁閥關閉時空氣彈簧模型：

空氣彈簧的體積變化關系：

其中：Z_s為簧上質量的垂向位移，Z_t為簧下質量的垂向位移，Z_s-Z_t為空氣彈簧的高度變化，ΔV((Z_s-Z_t))為體積隨空氣彈簧的高度的變化率，為簡化模型，將其看作定值；

將公式(3)帶入公式(1)和公式(2)，從而得到最終的空氣彈簧模型公式:

電磁閥開啟時空氣彈簧模型：

電磁閥關閉時空氣彈簧模型：

所述車身垂向動力學模型，其構建如下：

整車ECAS車身高度系統數學模型化簡后，得到如下的車身垂向動力學模型：

式(6)中：

其中，m_s為簧上質量，Z_s為簧上質量的垂向位移，F_FL和F_FR為前橋左右兩側懸架施加在簧上質量上的力，F_ML和F_MR分別為驅動橋左右兩側的空氣懸架施加在簧上質量上的力，d₁和d₂為前橋輪距和驅動橋輪距，l₁和l₂為前橋和驅動橋到簧上質量質心的縱向距離，ω為簧下質量運動帶來的干擾，A_e為空氣彈簧截面積，c為鋼板彈簧阻尼，k為鋼板彈簧剛度，C⁽¹⁾空氣彈簧一階阻尼；

僅在驅動橋左側安裝了高度傳感器，其系統狀態變量X、觀測量Y和系統輸入U選擇為：

Y＝[Z_ML]

則其狀態空間表達式為：

為得到擴展卡爾曼濾波遞推方程，先對系統方程進行離散化：

由此得到狀態預測方程：

和觀測預測方程：

S3：使用擴展卡爾曼濾波方法對傳感器采集數據進行濾波；

擴展卡爾曼濾波所需要的觀測值方差R，將預測的車身高度建模誤差和傳感器測量誤差，計算卡爾曼濾波增益，并對系統狀態和濾波誤差協方差進行矯正，輸出濾波后的車身高度信息。