基于混杂系统理论的客车电控空气悬架系统动态特性机理与控制研究

Electronically Controlled Air Suspension (ECAS) system has characteristics of a complex dynamics system, and ECAS dynamic mechanism and the impact of the dynamic controls for full vehicle are both analyzed.Because the oscillation near the target height leads to falling work quality and unstable status of the ride height system, the ride height leveling system synchronously includes a typical hybrid dynamic characteristic of the discrete and continuous events which can be concluded to a "hybrid automata". The hybrid system theory is proposed to establish a control structure model that can reflect the hybrid dynamic characteristics. By transforming the non-linear and uncertain problems of the entire working processes into the linear problem of local domain, a dynamic model and control structure of ride height hybrid system can be obtained. Since the stability of hybrid height control system is analyzed by using multi-Lyapunov function, the multi-mode switch of ride height hybrid control system including a supervision system of switch and stabilization is built. Both the system coordination mechanism with optimal running state is created and hybrid control for ECAS system is finshed. So, the proposed hybrid control of the ride height system can react the nature of dynamics modeling and control, effectively ensure the stability of system, damp oscillation, improve the switch quality and integrated performance. Finally, the rig tests and vehicle road tests are carried out to verify the validity and reliability of system. Researches will provide the new theorical support of system analysis, design and development for bus ECAS system.

针对电控空气悬架（ECAS）的复杂动力学系统特征，研究ECAS系统动态特性机理及其对整车动力学控制的作用和影响；通过分析车身在目标高度附近出现振荡而导致的工作品质下降和不稳定状况，揭示高度调节系统同时包含离散和连续状态并存的典型混杂动态特征和规律，将车身高度控制系统归纳成"混杂自动机"；基于混杂系统理论，将运行过程中的非线性和不确定性问题转化为局部范围内的线性问题解决，构建车身高度混杂系统动态模型和控制模型结构，利用多Lyapunov函数分析系统稳定性，建立多模式切换的车身高度混杂控制系统，包括切换监督和稳定监督系统，建立最优运行状态的系统协调机制，实现ECAS系统的混杂控制。从而更准确反映ECAS系统动力学建模和控制的本质，保证系统稳定，减小振荡，改善切换工作品质和汽车综合性能。最后进行台架和道路试验，验证系统的有效性和可靠性。该项目旨在为客车ECAS系统分析设计和开发提供新的理论支持。

电控空气悬架（ECAS）能够实现悬架系统刚度、阻尼以及车身高度的主动调节，对于改善车辆在行驶过程中的乘坐舒适性、操纵稳定性以及燃油经济性都具有重要意义，已成为车辆工程界的研究热点。在国外，ECAS已在客车、重型汽车上得到广泛应用，在高等级轿车上也已逐渐普及，而我国仍未见完全具有自主知识产权的ECAS成熟产品，说明ECAS系统的设计理论还有待进一步完善。.阻尼和高度可控技术是车辆ECAS系统开发过程中面临的关键问题之一，传统研究在车高调节和减振器阻尼控制等子系统的工作特征及设计理论与技术方面，尚缺乏系统的分析方法。高度调节速度慢、稳定性差、控制品质低，难以跟踪调节悬架阻尼和车身高度的最佳状态，因而无法满足高度切换品质和车辆综合性能较大幅度提高的要求。针对上述问题，本项目重点完成了以下研究：.（1）提出了能够满足ECAS系统在参数大范围变化时对控制品质较高要求的阻尼多模型和阻尼多模式自适应切换控制方法，通过多个模型或多个模式有效覆盖ECAS系统在全局工况下的非线性和不确定性，然后设计针对性的控制策略，从而提高ECAS系统的阻尼控制性能。.（2）设计了基于混合逻辑动态的单轮ECAS车高调节控制器，在此基础上，进一步完成了ECAS车高调节与整车姿态联合控制策略研究，该策略能够通过直接控制电磁阀的开关状态实现ECAS车身高度与整车姿态的有效调节，控制简单，可靠性高。.（3）完成了客车ECAS车高调节与整车姿态混杂模型预测控制系统设计，基于多参数规划技术实现了系统混杂控制律的显式表达，进行了车高调节试验，分析了试验结果，验证了系统混杂模型预测控制律的有效性和可靠性。.（4）获2017年教育部科学技术进步二等奖1项；发表论文18篇，其中，SCI检索论文11篇，EI检索论文6篇；申请国家发明专利10件，已授权8件。培养博士3名（1篇博士论文获江苏大学优秀博士论文），硕士5名。1位青年教师晋升教授，2位青年教师晋升副教授，培养江苏省“六大人才高峰”资助对象5名，江苏大学青年骨干教师1名。