基于Ito随机理论的ECAS车辆车身高度调节机理分析与控制

以车身高度调节系统为研究对象，结合气体热力学与车辆动力学理论，采用包含传感器及执行机构的车身高度调节系统动力学广义模型，分析车身高度调节系统的参数灵敏度，探索车身高度调节系统的工作规律。将车辆行驶状态下车身高度调节过程模型归纳为非线性Ito随机微分方程，考虑车辆行驶工况不同及载荷分布不确定，围绕车身高度调节系统的不同工作点，基于非线性Ito微分方程的分析方法及理论，计算车身高度调节系统状态转移密度函数及稳态分布，以研究车身高度调节系统过程稳定的决定因素及系统的稳定区域。设计系统状态观测器，利用Backstepping递归设计方法构建车身高度调节过程控制系统，解决随机非线性车身高度调节系统的输出反馈镇定问题，改善车身高度调节品质，且满足整车车身姿态的稳定。研究结果将为车身高度调节系统提供科学的理论分析基础以及稳定、可靠的控制系统设计方法，对推动ECAS系统应用、提高车辆综合性能有重要作用。

本项目围绕着ECAS系统核心部分-车身高度调节系统开展研究，按照系统建模-特性分析-鲁棒控制的研究思路进行。车身高度系统的调节机理其本质是对空气弹簧的充放气过程，车身高度变化是ECAS系统的关键信息。在车辆行驶过程中，车身载荷分布不均匀性和来自路面随机激励干扰是控制系统鲁棒镇定的目标，因此所研究系统可以归纳为典型的不确定Ito随机过程，通过Ito微分方程组描述ECAS车身高度变化过程。在车身高度机理分析的基础上，建立四分之一和整车的车身高度调节模型，将轮胎和地面激励都归结到悬架动行程（空气弹簧高度）存在随机干扰中，降低了系统模型的维度。利用非线性理论分析ECAS系统的稳定性，研究发现三次截断后ECAS车身高度系统在孤立平衡点临界稳定性与减振器阻尼系数的一次项和平方项相关。在设计ECAS车身高度调节系统时，路面不平度作为随机干扰考虑进车身高度信息中，将ECAS车身高度控制转化为依概率意义下系统镇定，从而求解控制量。就整车系统而言，增加了车身姿态稳定控制器，在车身高度跟踪过程中，根据车身姿态稳定控制器对计算控制量进行二次修正，以满足高度切换时车身姿态平稳。本项目搭建了整车试验台架，开发了子系统控制器，采用快速原型完成整车协调控制算法设计，验证了所设计控制系统的稳定性与鲁棒性。此外，在ECAS系统基础上，本项目拓展研究了基于车身稳定的互联空气悬架系统，构建了横向互联空气弹簧气体流量交互模型，研究了互联空气悬架对整车性能的影响，整车空气弹簧间可实现有选择的相互连通，在车辆动态行驶过程中空气弹簧间气体能够自由交换；以节能为目的，通过增加蓄能低压腔的方式（低压腔内压力大于大气压，但小于空气弹簧工作气压），实现车身高度气路系统的闭环，在车身高度需要降低时，将空气弹簧内的高压气体排到低压腔中，以备循环使用，一定条件下启动空气压缩机，把低压腔内的气体升压至高压腔中，这样只有空气悬架系统自身的能量消耗，而不直接浪费高压气体，能够达到明显的节能效果，改善车身高度调节过程的稳定性。