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原文传递 ECAS客车车身高度非线性系统控制的研究

论文题名：	ECAS客车车身高度非线性系统控制的研究
关键词：	客车车身;电控悬架;非线性控制;中心流形;随机系统;变结构控制
摘要：	随着汽车技术的进步及人们对客车乘坐舒适性要求的提高,电子控制空气悬架(ECAS)正逐步广泛应用于各类客车的装备上。ECAS系统可以通过自适应调节车身高度以满足行车的需要,其关键技术是开发与整车性能相匹配的车身高度控制系统。然而,国内所有装备电子控制空气悬架客车中,其电控系统完全依赖国外进口,导致ECAS客车成本较高,无法打破行业垄断、与国外相关企业抗衡。开展。ECAS系统关键技术的研究,既可以大幅度提高客车的性能,又能为我国相关企业参与国际竞争提供有力支持,同时推进我国客车行业的科技进步。　　本文以ECAS客车车身高度系统为研究对象,在深入研究系统特性的基础上,对ECAS车身高度控制系统进行相关领域的研究及应用设计,其主要内容围绕以下工作展开。　　结合车辆动力学与变质量系统热力学理论,建立ECAS客车车身高度系统的数学模型。运用匀熵修正理论,推导关于质量流量的管路动态方程,将流量损失及管路延迟集中表示。研究表明,在车身高度调节过程中存在“过充”或者“过放”以及系统振荡现象。而数学模型的建立为系统特性分析提供了理论基础。　　研究分析了车身高度非线性系统的特性。对于管路空气弹簧系统,利用转移矩阵线性获得车辆行驶过程中的管路脉动。利用平均法研究空气弹簧.减振器悬架系统的非线性,解得主共振区域的幅频特性曲线,仿真计算发现幅值跃迁现象。基于中心流形理论,对车身高度非线性系统进行稳定性研究,求得系统中心流形上流的轨迹方程。通过车身高度系统的Simulink仿真,主要分析了电磁阀通断时间、载荷以及系统阻尼对车身高度调节的影响。对车身系统特性的分析和认知,是控制系统设计的依据。　　研究了ECAS车身高度控制系统。依据三点确定一个平面原理,提出满足车身姿态稳定的三点测量车身高度控制。首先,基于微分几何理论,对ECAS车身高度非线性系统精确线性化。其次,引入变结构控制理论,提出三点测量的ECAS车身高度独立变结构控制和耦合变结构控制策略；利用依概率意义下系统镇定,求解变结构控制量,解决路面激励干扰下的车身高度随机系统控制,仿真表明控制系统能够解决高度调节过程中存在的问题,控制系统稳定。最后,为了满足控制中系统全信息要求,基于扩展卡尔曼滤波算法建立系统状态观测器,仿真表明状态估计精度较高,系统收敛。　　在ECAS系统产品的设计中,其核心是高度信息的实时跟踪。提出了LC振荡测频与测高度传感器的电感时间常数的两种车身高度检测方法,试验比较后发现,采用后者方法检测车身高度,其系统稳定快、精度高、抗干扰能力强,且温度补偿容易,能够适应客车行驶环境温度的变化,为车身高度调节提供准确的信息。开发了基于嵌入式VC的PDA可视化操作面板,便于驾驶员与ECAS系统之间的信息互换。此外,为了满足系统装车调试需要,开发了基于VB的ECAS标定系统专用软件,使得ECAS控制器可以直接与标定调试系统通信以及系统诊断,可以完成ECAS系统初始化,标定数据以文件形式保存,对于类似配置客车的ECAS系统能够直接下载。　　为了获得系统相关特性及对所开发的控制系统进行调试和验证,搭建了基于1/4悬架的ECAS车身高度系统台架。试验获得两种空气弹簧的有效面积随高度变化曲线,以及减振器速度特性曲线并进行多项式拟合,为车身高度数学模型提供参数信息。对空气弹簧组成的隔振系统进行受迫振动试验,获得空气弹簧动态特性。对设计的ECAS系统在台架及整车上进行调试试验,试验表明车身高度控制稳定、无明显振荡；对装备ECAS系统的样车进行道路平顺性试验,其乘坐舒适性大大优于板簧悬架的客车,结果表明自主开发的ECAS系统满足客车行驶要求,达到国外相似ECAS系统的同等水平。
作者：	徐兴
专业：	农业电气化与自动化
导师：	陈照章
授予学位：	博士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文