[發明專利]一種電動車輛底盤系統及其協同控制方法

有效

• 申請號: 201210468778.6
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN102975714A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 馮能蓮;彭劍坤;賓洋;占子奇;高翔
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B60W30/00
• 分類號: B60W30/00;B60W10/20;B60W10/184;B60W10/22;B60W40/105;B60W40/10
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

1.一種電動車輛底盤系統，是在原有車輛制動踏板開關（1）、輪速傳感器（2）、轉矩傳感器（4）、車速傳感器（5）、電機控制器（9）、ABS控制器（10）、輪轂電機（11）、液壓制動器（12）、助力電機（13）和作動器（14）的基礎上新增了陀螺儀傳感器（3）、協同控制器（6）、電液聯合制動上層控制器（7）、EPS+ASS集中控制器（8），其特征在于：制動踏板開關（1）、輪速傳感器（2）、陀螺儀傳感器（3）、轉矩傳感器（4）、車速傳感器（5）將量測到的信號傳遞至協同控制器（6），協同控制器（6）對電液聯合制動上層控制器（7）和EPS+ASS集中控制器（8）施加控制命令，電液聯合制動上層控制器（7）對電機控制器（9）和ABS控制器（10）施加控制命令，電機控制器（9）控制輪轂電機（11）進行電機制動，ABS控制器（10）控制液壓制動器（12）進行液壓制動，EPS+ASS集中控制器（8）控制助力電機（13）和作動器（14）分別調節轉向助力特性和懸架動態特性；其中，制動踏板開關（1）產生制動觸發信號，輪速傳感器（2）量測輪速信號，陀螺儀傳感器（3）量測車身的垂向加速度、縱向加速度、側向加速度、俯仰角、側傾角以及橫擺角速度信號，轉矩傳感器（4）量測轉向軸輸入轉矩信號，車速傳感器（5）量測車速信號。

2.如權利要求所述1的一種電動車輛底盤系統的協同控制方法，其特征在于：根據電動車輛底盤系統間的耦合關系，提供如下幾種控制方法：

1）制動系統與轉向系統耦合：

協同控制器（6）通過監控縱向加速度信號和轉向軸輸入轉矩信號判定制動系統與轉向系統耦合工況，具體控制方法如下：

（a）當車速≤70km/h時，制動系統按照其單獨工作時的控制方法進行控制，轉向系統控制方法如下：協同控制器（6）對EPS+ASS集中控制器（8）施加控制命令，由EPS+ASS集中控制器（8）對助力電機（13）施加修正助力矩，從而抑制由于制動時車速下降而造成的過多轉向問題，其控制效果由協同控制器（6）對由陀螺儀傳感器（3）送入的側向加速度和橫擺角速度信號，進行監控和判定，修正助力矩為：

ΔTm=KkprsKxN(ΔMz1+ΔMz2)]]>

其中，K_kp為轉向系統中齒條到轉向傳動系剛度系數，r_s為小齒輪半徑，K_x為轉向系剛度，N為齒條到轉向輪的傳動比，ΔM_z1和ΔM_z2分為車速變化導致的左、右前輪回正力矩變化，ΔM_z1和ΔM_z2由輪胎魔術公式的回正力矩公式計算求得；

（b）當車速>70km/h時，制動系統按照其單獨工作時的控制方法進行控制，EPS+ASS集中控制器中的EPS不參與工作；

2）制動系統與懸架系統耦合

協同控制器（6）通過監控由陀螺儀傳感器（3）傳來的縱向加速度信號和俯仰角信號判定制動系統與懸架系統耦合工況，具體控制方法如下：

（a）協同控制器（6）對EPS+ASS集中控制器（8）施加控制命令，由EPS+ASS集中控制器（8）對兩后懸架作動器施加向下作用的修正控制力，從而抑制由于制動造成的車身俯仰動作，以保證車身的垂向加速度均方根值≤0.15m/s²，俯仰角均方根值≤2.5°，側傾角均方根值≤3.5°，懸架修正控制力為：

Δfr=TbTbmaxfmax]]>

其中，T_b為電動車輛當前液壓制動制動轉矩，T_bmax為電動車輛液壓制動器最大制動轉矩；f_max為主動懸架作動器最大控制力；

（b）當車速>15km/h時，協同控制器（6）還將對電液聯合制動上層控制器（7）施加控制命令，由電液聯合制動上層控制器（7）對ABS控制器（10）施加控制命令，由ABS控制器（10）對兩前軸液壓制動器（12）施加補償液壓制動力，從而補償由于抑制俯仰動作造成的前軸載荷轉移所引起的前軸制動轉矩損失，補償液壓制動轉矩為：

ΔTb1=ΔΔFx1rwΔTb2=ΔΔFx2rw]]>

其中，ΔT_b1和ΔT_b2分別為電動車輛前軸左右車輪的補償液壓制動轉矩，ΔΔF_x1和ΔΔF_x2為因制動時縱向加速度和俯仰角波動變化而引起的車輛前軸左右車輪垂直載荷波動，r_w為電動車輛車輪半徑，前軸左右車輪垂直載荷波動為：

ΔΔFz1=[-msΔaxH+(lf2Ksf+lr2Ksr)Δθ-(mu1+mu2)Δaxhf-(mu3+mu4)Δaxhr]/[(lf+lr)]ΔΔFz2=[-msΔaxH+(lf2Ksf+lr2Ksr)Δθ-(mu1+mu2)Δaxhf-(mu3+mu4)Δaxhr]/[2(lf+lr)]]>

其中，m_s為車身質量，H為整車質心高度，l_f為整車質心至前軸距離，l_r為整車質心至后軸距離，K_sf為前懸架彈簧剛度，K_sr為后懸架彈簧剛度，m_u1、m_u2、m_u3、m_u4分別為整車的左前、右前、左后、右后四個非簧載質量，h_f為兩前非簧載質量質心高度，h_r為兩后非簧載質量質心高度，Δθ為俯仰角信號，Δα_x為縱向加速度信號；

3）轉向系統與懸架系統耦合：

協同控制器（6）通過監控轉向軸輸入轉矩信號和側傾角信號判定轉向系統與懸架系統耦合工況，具體控制方法如下：

協同控制器（6）將垂向加速度、側向加速度、俯仰角、側傾角、轉向軸輸入轉矩以及車速信號傳遞至EPS+ASS集中控制器（8），此時協同控制器（6）僅起到監控作用，不對EPS+ASS集中控制器（8）施加控制命令；

（a）當車速≤70km/h時，EPS+ASS集中控制器（8）同時控制EPS和ASS工作，EPS+ASS集中控制器控制目標通過調整助力電機（13）的助力轉矩大小保證轉向過程中的輕便性和路感，并通過調整作動器14的控制力大小保證車身車身的垂向加速度均方根值≤0.15m/s²，俯仰角均方根值≤3.5°，側傾角均方根值≤2.5°，同時保證側向加速度信號也比單獨控制時有所減少；

（b）當車速>70km/h時，EPS不參與工作，EPS+ASS集中控制器（8）控制ASS工作，ASS的控制目標是通過調整作動器14的控制力大小來保證車身的垂向加速度均方根值≤0.15m/s²，俯仰角均方根值≤3.5°，側傾角均方根值≤2.5°。