[发明专利]一种基于电控空气悬架和电控制动系统的客车防侧翻控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于电控空气悬架和电控制动系统的客车防侧翻控制系统，其特征在于，包括：

电控空气悬架，所述电控空气悬架用于进行刚度调节和轴荷分配；

控制系统，其集成设置在所述电控空气悬架上，包括：

预警模块，其根据压力传感器获取客车各轮垂向载荷状态，根据垂向载荷状态和车辆行驶状态判断客车侧翻状态；

决策模块，其根据预警模块传递的侧翻信息进行决策控制；

执行模块，其根据决策模块传来的控制信号控制高度控制电磁阀和制动器的动作，保证客车的行驶安全性；

电控制动系统，其用于实现差动制动，利用垂直载荷的重分配，实现差动制动防侧翻性能的最大化。

2.根据权利要求1所述的基于电控空气悬架和电控制动系统的客车防侧翻控制系统，其特征在于，所述电控空气悬架，包括：

车架；

空气弹簧，其设置在所述车架顶部，用于调节车身高度；

储气罐，其内部具有高压气体，连通所述空气弹簧，用于向所述空气弹簧注入气体；

预警装置，其设置在所述客车中控台上，包括蜂鸣器和指示灯；

传感装置，包括：轮速传感器，压力传感器，高度传感器。

3.根据权利要求2所述的基于电控空气悬架和电控制动系统的客车防侧翻控制系统，其特征在于，所述电控制动系统，包括：

高度控制电磁阀，其设置在所述空气弹簧和所述储气罐之间，以调节空气弹簧的高度；

制动电磁阀，其连接客车制动系统，以实现客车制动系统的差动制动功能。

4.一种基于电控空气悬架的客车防侧翻控制方法，其特征在于，包括：

首先，预警模块预测客车侧翻危险，通过压力传感器获取当前各轮垂向 载荷值，并根据所述垂向载荷值计算侧翻指标值，并将其与预设的侧翻阈值相比较，记下第一次满足侧翻条件时的步数，得到此时的侧翻预警时间；

然后，将其侧翻预警时间与预设的侧翻预警时间相比，

如果大于预设的侧翻预警时间，则不进行预警；

如果小于或者等于预设的侧翻预警时间，则发出预警信号，通过蜂鸣器和警示指示灯的方式提示驾驶员，并且将其信号传递给决策模块；

所述决策模块决策出制动电磁阀启闭信号并将其传递给执行模块。

5.根据权利要求4所述的基于电控空气悬架的客车防侧翻控制方法，其特征在于，所述决策模块，包括：

上层决策部分，其接收来自所述预警模块的信号，结合当前的客车行驶状态信息，采用优化控制算法决策最优的横摆力矩和电磁阀的启闭时间，根据电磁阀的启闭时间来调整各轮垂向载荷状态；

下层决策控制部分，其接收所述上层决策部分传递的最优横摆力矩，根据车辆的行驶特性，确定制动力矩的大小和制动轮，利用制动力矩和制动压力的关系，确定所需的制动压力值，利用制动压力和制动电磁阀的启闭时间的关系，决策出制动电磁阀启闭信号，并将此信号和和高度控制电磁阀启闭信号传递给执行模块。

6.根据权利要求5所述的基于电控空气悬架的客车防侧翻控制方法，其特征在于，所述的执行模块，包括：

高度控制电磁阀，其接收所述决策模块发出的高度控制电磁阀启闭信号，通过控制空气弹簧的进排气实现高度调节和垂向载荷转移的功能；

制动电磁阀，其接收所述决策模块传递的制动电磁阀启闭信号，实现客车制动系统的差动制动功能。

7.根据权利要求5所述的基于电控空气悬架的客车防侧翻控制方法，其特征在于，所述的电控空气悬架在正常行驶工况下通过控制高度控制电磁阀调节客车行驶舒适性，当预警模块监测到客车即将发生侧翻危险时，控制器以行驶安全性为目的调节高度控制电磁阀。

8.根据权利要求5所述的基于电控空气悬架的客车防侧翻控制方法，其特征在于，侧翻指标值的计算公式为：

其中，LTR为侧翻指标值，F_ZR为右侧轮胎垂向载荷力，F_ZL为左侧轮胎垂向载荷力，

9.根据权利要求5或8所述的基于电控空气悬架的客车防侧翻控制方法，其特征在于，所述优化控制算法，包括以下步骤：

步骤一、计算最优制动力矩：

ΔM_rsc＝-K·X(t)＝-K₁·Δβ(t)-K₂·Δr(t)

其中，K为反馈系数；令K＝[K₁,K₂]，X(t)为输入的状态变量矩阵， Δβ(t)为车身位移，Δr(t)为轮胎位移；

步骤二、根据车辆行驶状态，计算空气弹簧高度调节值，

其中，左前轮空气弹簧高度调节值：

右前轮空气弹簧高度调节值：

左后轮空气弹簧高度调节值：

右后轮空气弹簧高度调节值：

其中，δ为前轮转角，u为车速；v为车体在固定坐标系下的横向速度，r为横摆角速度；T_f为前轮轮距；T_r为后轮轮距，F_x1为左前轮垂向负荷，F_x2为右前轮垂向负荷，F_x3为左后轮垂向负荷，F_x4为右后轮垂向负荷，a是汽车质心距前轴距离，b是质心距后轴距离；

步骤三、利用制动力矩和制动压力的关系，确定所需的制动压力值：

式中：ΔP_i i＝1 2 3 4为制动轮缸压力；ΔM为补偿横摆力矩；R_w为车轮半径；S_c为制动气室的有效作用半径；R_c为制动器的有效作用半径；Δx_i，i＝1 2 3 4为空气弹簧高度调节值；

步骤四、根据制动压力值计算制动电磁阀开启时间为t；

其中，m为整车质量，π为圆周率，L为轴距，g为重力加速度，λ为稳定比例因数，V_t为空气弹簧的最大容积，S为空气弹簧截面积。