[發明專利]多信號融合的輪轂電機汽車轉矩分配試驗系統及前瞻控制方法

有效

• 申請號: 202110366420.1
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113093708B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 吳石;李怡鵬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02;G01M17/007
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

1.多信號融合的輪轂電機轉矩分配試驗系統，所述試驗系統包括路況模擬平臺(1)、轉矩分配控制器(2)、輪轂電機汽車及其附件(3)、路況模擬塊(4)、圖像采集設備(5)、數據采集系統(6)、上位機(7)、負載電機(8)，所述路況模擬平臺(1)上為帶有所述路況模擬塊(4)得路況模擬帶，由所述負載電機(8)帶動，所述輪轂電機汽車(3)放在路況模擬平臺(1)上，所述轉矩分配控制器(2)與車輪內的輪轂電機的電機控制器相連，由所述數據采集系統(6)測得狀態信號傳給轉矩分配控制器(2)用于控制，并將數據傳到上位機(7)進行監測，同時上位機(7)根據輸入的試驗工況設置調整負載電機(8)工況，模擬阻力；

其特征在于：

轉矩分配控制器(2)包括核心處理器、存儲單元、外部接口、外部晶振、開關元件、電阻電容、數模/模數轉換器，所述控制器所用處理器為S32K1xx，處理器內嵌封裝好的轉矩分配控制程序，輸入為采集到的前方3米內的圖像信號、所述數據采集系統(6)采集到的車輪轉速、轉矩、前進速度、載荷信息，所述前進速度是相對平臺的前進速度，輸出為控制器計算出的各車輪轉矩，所述控制程序包括前方路況分析模塊、多信號融合處理模塊、前瞻控制模塊，所述外部接口接收來自圖像采集設備的車輪接地點前方5米內路面圖像、以及車輪轉速、轉矩等信息，所述前方路況分析模塊，通過前方路面的圖像信息，經過處理得到車輪接地點前方5米內的二維路面的附著系數，所述多信號融合處理模塊，接收車上各傳感器信號，進行統一處理，所述多信號融合處理模塊可以得到準確可靠的當前車輛狀態信息及路面信息，基于多信息融合的前瞻控制方法，求解接下來兩秒內滑移率最優的各輪轉矩分配系數序列，下一時刻只采用第一個分配系數，同時根據下一時刻的信號求得下一時刻的最優轉矩分配系數序列，實現滾動優化的前瞻控制；

所述前瞻控制方法可預測未來輸出，并對當前到未來的整個階段的控制量序列進行優化，其步驟如下：(1)預測模型——對未來一段時間內的輸出進行預測；(2)滾動優化——滾動進行有限時域在線優化；(3)反饋校正——通過預測誤差反饋，修正預測模型，提高預測精度；

通過各傳感器獲取到汽車運行參數，采用基于貝葉斯融合理論的多源信號融合算法，對各傳感器數據進行綜合決策和計算，得到汽車的當前滑移率狀態參數，其步驟如下：(1)所用到的速度、力矩、壓力傳感器采集觀測被測輪轂電機汽車的數據，所述壓力傳感器包括不同類型的所有傳感器，(2)對傳感器的輸出數據、所述對傳感器的輸出數據為離散的時間函數數據進行特征提取的變換，提取代表觀測數據的特征矢量，(3)將各傳感器關于目標的說明數據按同一目標進行分組，即關聯，(4)基于貝葉斯算法對特征矢量進行處理，將每一目標各傳感器數據進行合成，得到該目標的一致性解釋與描述。

2.根據權利要求1所述的輪轂電機轉矩分配試驗系統，其特征在于：所述輪轂電機汽車(3)的四個車輪均裝有輪轂電機，所述四個輪轂電機由四個單獨的電機控制器控制及驅動，所述輪轂電機汽車裝有前后懸架，懸架上方連接裝載架，可通過向所述裝載架上增減鐵塊，調整汽車垂直載荷。

3.根據權利要求1所述的輪轂電機轉矩分配試驗系統，其特征在于：所述的路況模擬平臺(1)表面覆蓋路況模擬帶，內部有用于驅動的牽引件，外部是用于模擬具有不同附著率的路面的路況模擬塊，所述的路況模擬塊(4)，其特征在于：所述路況模擬塊(4)表面粘附有不同材料，各塊所模擬路況包括碎石路段、卵石路段、涉水路段、光滑水泥路段。

4.根據權利要求1所述的輪轂電機轉矩分配試驗系統，其特征在于：所述負載電機(8)轉速、轉矩根據上位機發送的信號進行控制，所述負載電機(8)轉速帶動路況模擬帶轉動，使得路況模擬帶的速度等于或略慢于輪轂電機汽車前進速度，且負載電機(8)與輪轂電機實現同步開關，可確保輪轂電機汽車不滑下路況模擬裝置的前提下，進行長時間的試驗。

5.根據權利要求1所述的輪轂電機轉矩分配試驗系統，其特征在于：所述數據采集系統(6)包括車輪角速度傳感器、轉矩傳感器、數據傳輸線、相機，通過固定在輪轂電機汽車前方的所述相機獲取對前方5米內路面圖像信號，通過所述傳感器采集車輛運行中的轉矩、轉速、移速、載荷參數信號，傳入轉矩分配控制器(2)用于控制，并傳入上位機(7)對信號進行監測。

6.根據權利要求1所述的輪轂電機轉矩分配試驗系統，其特征在于：所述路況分析模塊包括圖像處理程序和附著率估計程序，所述圖像采集設備采集前方路面圖像，并將光信號先轉換成電信號，進而轉換成計算機能處理的數字信號，圖像處理設備通過深度優先遍歷算法，從圖像信息提取路面特征參數，通過比對數據庫，估計路面附著系數，得到車輪接地點前方3米內地面附著系數。