一种电动车辆底盘系统

摘要

一种电动车辆底盘系统的协同控制方法，涉及车辆控制领域。其通过将传感器量测得到的制动触发信号、轮速信号、车身的垂向加速度信号、纵向加速度信号、侧向加速度信号、俯仰角信号、侧倾角信号、横摆角速度信号、转向轴输入转矩信号和车速信号传递至协同控制器，协同控制器监控车辆的运动状态并适时向电液联合制动上层控制器和EPS+ASS集中控制器施加控制命令，电液联合制动上层控制器和EPS+ASS集中控制器根据各自接收的传感器信号和协同控制器命令进行操作，电液联合制动上层控制器通过协调电机控制器和ABS控制器控制轮毂电机和液压制动单元，EPS+ASS集中控制器直接控制助力电机和作动器。本发明降低了子系统耦合工况下的冲突，提升电动车辆底盘系统的整体性能。

主权项

一种电动车辆底盘系统，是在原有车辆制动踏板开关(1)、轮速传感器(2)、转矩传感器(4)、车速传感器(5)、电机控制器(9)、ABS控制器(10)、轮毂电机(11)、液压制动器(12)、助力电机(13)和作动器(14)的基础上新增了陀螺仪传感器(3)、协同控制器(6)、电液联合制动上层控制器(7)、EPS+ASS集中控制器(8)，其特征在于：制动踏板开关(1)、轮速传感器(2)、陀螺仪传感器(3)、转矩传感器(4)、车速传感器(5)将量测到的信号传递至协同控制器(6)，协同控制器(6)对电液联合制动上层控制器(7)和EPS+ASS集中控制器(8)施加控制命令，电液联合制动上层控制器(7)对电机控制器(9)和ABS控制器(10)施加控制命令，电机控制器(9)控制轮毂电机(11)进行电机制动，ABS控制器(10)控制液压制动器(12)进行液压制动，EPS+ASS集中控制器(8)控制助力电机(13)和作动器(14)分别调节转向助力特性和悬架动态特性；其中，制动踏板开关(1)产生制动触发信号，轮速传感器(2)量测轮速信号，陀螺仪传感器(3)量测车身的垂向加速度、纵向加速度、侧向加速度、俯仰角、侧倾角以及横摆角速度信号，转矩传感器(4)量测转向轴输入转矩信号，车速传感器(5)量测车速信号；根据电动车辆底盘系统间的耦合关系，提供如下几种控制方法：1)制动系统与转向系统耦合：协同控制器(6)通过监控纵向加速度信号和转向轴输入转矩信号判定制动系统与转向系统耦合工况，具体控制方法如下：(a)当车速≤70km/h时，制动系统按照其单独工作时的控制方法进行控制，转向系统控制方法如下：协同控制器(6)对EPS+ASS集中控制器(8)施加控制命令，由EPS+ASS集中控制器(8)对助力电机(13)施加修正助力矩，从而抑制由于制动时车速下降而造成的过多转向问题，其控制效果由协同控制器(6)对由陀螺仪传感器(3)送入的侧向加速度和横摆角速度信号，进行监控和判定，修正助力矩为：${\mathrm{\Delta T}}_m=\frac{K_{kp}{r}_s}{K_{x}N}({\mathrm{\Delta M}}_{z1}+{\mathrm{\Delta M}}_{z2})$其中，K_kp为转向系统中齿条到转向传动系刚度系数，r_s为小齿轮半径，K_x为转向系刚度，N为齿条到转向轮的传动比，ΔM_z1和ΔM_z2分为车速变化导致的左、右前轮回正力矩变化，ΔM_z1和ΔM_z2由轮胎魔术公式的回正力矩公式计算求得；(b)当车速＞70km/h时，制动系统按照其单独工作时的控制方法进行控制，EPS+ASS集中控制器中的EPS不参与工作；2)制动系统与悬架系统耦合协同控制器(6)通过监控由陀螺仪传感器(3)传来的纵向加速度信号和俯仰角信号判定制动系统与悬架系统耦合工况，具体控制方法如下：(a)协同控制器(6)对EPS+ASS集中控制器(8)施加控制命令，由EPS+ASS集中控制器(8)对两后悬架作动器施加向下作用的修正控制力，从而抑制由于制动造成的车身俯仰动作，以保证车身的垂向加速度均方根值≤0.15m/s²，俯仰角均方根值≤2.5°，侧倾角均方根值≤3.5°，悬架修正控制力为：${\mathrm{\Delta f}}_r=\frac{T_b}{T_{bmax}}{f}_{max}$其中，T_b为电动车辆当前液压制动制动转矩，T_bmax为电动车辆液压制动器最大制动转矩；f_max为主动悬架作动器最大控制力；(b)当车速＞15km/h时，协同控制器(6)还将对电液联合制动上层控制器(7)施加控制命令，由电液联合制动上层控制器(7)对ABS控制器(10)施加控制命令，由ABS控制器(10)对安装在前轴两侧的液压制动器(12)施加补偿液压制动力，从而补偿由于抑制俯仰动作造成的前轴载荷转移所引起的前轴制动转矩损失，补偿液压制动转矩为：$\left\{\begin{array}{c}\Delta T_{b1}=\Delta \Delta F_{x1}{r}_w\\ \Delta T_{b2}=\Delta \Delta F_{x2}{r}_w\end{array}\right.$其中，ΔT_b1和ΔT_b2分别为电动车辆前轴左右车轮的补偿液压制动转矩，ΔΔF_x1和ΔΔF_x2为因制动时纵向加速度和俯仰角波动变化而引起的车辆前轴左右车轮垂直载荷波动，r_w为电动车辆车轮半径，前轴左右车轮垂直载荷波动为：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta \Delta F}}_{z1}=[-m_s{\mathrm{\Delta a}}_{x}H+({l_f}^2{K}_{sf}+{l_r}^2{K}_{sr})\Delta \theta -(m_{u1}+m_{u2}){\mathrm{\Delta a}}_x{h}_f-(m_{u3}+m_{u4}){\mathrm{\Delta a}}_x{h}_r]/\left[2(l_f+l_r)\right]\\ {\mathrm{\Delta \Delta F}}_{z2}=[-m_s{\mathrm{\Delta a}}_{x}H+({l_f}^2{K}_{sf}+{l_r}^2{K}_{sr})\Delta \theta -(m_{u1}+m_{u2}){\mathrm{\Delta a}}_x{h}_f-(m_{u3}+m_{u4}){\mathrm{\Delta a}}_x{h}_r]/\left[2(l_f+l_r)\right]\end{array}\right.$其中，m_s为车身质量，H为整车质心高度，l_f为整车质心至前轴距离，l_r为整车质心至后轴距离，K_sf为前悬架弹簧刚度，K_sr为后悬架弹簧刚度，m_u1、m_u2、m_u3、m_u4分别为整车的左前、右前、左后、右后四个非簧载质量，h_f为两前非簧载质量质心高度，h_r为两后非簧载质量质心高度，Δθ为俯仰角信号，Δα_x为纵向加速度信号；3)转向系统与悬架系统耦合：协同控制器(6)通过监控转向轴输入转矩信号和侧倾角信号判定转向系统与悬架系统耦合工况，具体控制方法如下：协同控制器(6)将垂向加速度、侧向加速度、俯仰角、侧倾角、转向轴输入转矩以及车速信号传递至EPS+ASS集中控制器(8)，此时协同控制器(6)仅起到监控作用，不对EPS+ASS集中控制器(8)施加控制命令；(a)当车速≤70km/h时，EPS+ASS集中控制器(8)同时控制EPS和ASS工作，EPS+ASS集中控制器控制目标通过调整助力电机(13)的助力转矩大小保证转向过程中的轻便性和路感，并通过调整作动器14的控制力大小保证车身车身的垂向加速度均方根值≤0.15m/s²，俯仰角均方根值≤3.5°，侧倾角均方根值≤2.5°，同时保证侧向加速度信号也比单独控制时有所减少；(b)当车速＞70km/h时，EPS不参与工作，EPS+ASS集中控制器(8)控制ASS工作，ASS的控制目标是通过调整作动器14的控制力大小来保证车身的垂向加速度均方根值≤0.15m/s²，俯仰角均方根值≤3.5°，侧倾角均方根值≤2.5°。