一種輪轂驅(qū)動電動汽車底盤協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的制作方法

技術(shù)特征：

1.本發(fā)明公開一種輪轂驅(qū)動電動汽車底盤協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由信號處理層S1、頂層協(xié)調(diào)控制層S2、子系統(tǒng)控制層S3和執(zhí)行層S4組成。其特征在于：

(1)所述信號處理層S1包括：路面激勵S11、電磁激勵S12、轉(zhuǎn)向輸入S13和參考模型S14。所述信號處理層的作用是利用車輛參考模型S14計算出路面激勵S11、電磁激勵S12和轉(zhuǎn)向輸入S13同時作用下所期望的車輛動力學(xué)響應(yīng)值，并將得到的期望值與實時反饋的實際值進(jìn)行比較，同時將車輛動力學(xué)響應(yīng)的期望值及其與實際值的差值信號傳遞給頂層協(xié)調(diào)控制層S2。

(2)所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2則根據(jù)信號處理層S1傳遞過來的各輸入信號和采集到的車輛動力學(xué)響應(yīng)的實際值完成如下工作：車輛運行狀態(tài)的判斷S21，控制目標(biāo)的制定S22，子系統(tǒng)任務(wù)的分配S23。

所述車輛運行狀態(tài)的判斷S21包括：直線行駛與轉(zhuǎn)向行駛的識別和轉(zhuǎn)向行駛穩(wěn)態(tài)響應(yīng)類型的識別。所述控制目標(biāo)的制定S22是指能反映車輛垂向和橫向耦合動力學(xué)特性的目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式。所述子系統(tǒng)任務(wù)的分配S23是指在完成車輛運行狀態(tài)的判斷S21和控制目標(biāo)的制定S22后，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)S2即可根據(jù)一定的協(xié)調(diào)控制規(guī)則進(jìn)行子系統(tǒng)任務(wù)的分配S23。

(3)所述子系統(tǒng)控制層S3包括：AFS控制器S31、AS控制器S32和DYC控制器S33。各子系統(tǒng)控制器在接收到頂層協(xié)調(diào)控制層S2的指令后，按照各自的控制規(guī)則指令各自子系統(tǒng)執(zhí)行層工作，實現(xiàn)對車輛耦合動力學(xué)的控制。

(4)所述執(zhí)行層S4包括：AFS執(zhí)行結(jié)構(gòu)S41、AS執(zhí)行結(jié)構(gòu)S42和DYC執(zhí)行結(jié)構(gòu)S43和車輛耦合動力學(xué)模型S44。所述子系統(tǒng)控制層S3中各子系統(tǒng)控制器發(fā)出的控制指令通過各子系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)直接作用于車輛的耦合動力學(xué)模型S44，達(dá)到控制車輛耦合動力學(xué)的目的。

2.根據(jù)權(quán)利要求1，所述輪轂驅(qū)動電動汽車底盤協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特性在于，所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2和子系統(tǒng)控制層S3是相互獨立的，當(dāng)頂層協(xié)調(diào)控制層S2產(chǎn)生故障或失效時，所述各子系統(tǒng)仍能按各自的控制規(guī)則進(jìn)行工作。

3.根據(jù)權(quán)利要求1，所述輪轂驅(qū)動電動汽車底盤協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特性在于，所述路面激勵S11是指路面不平度激勵，其可以是路面不平度位移激勵、路面不平度速度激勵或路面不平度加速度激勵，其可以由路面不平度的時域表達(dá)式或頻域表達(dá)式計算得到，也可由試驗測試得到；所述電磁激勵S12可根據(jù)具體應(yīng)用對象所采用的輪轂電機(jī)的類型的相關(guān)計算公式計算得到，也可由試驗測試得到。所述輪轂電機(jī)的類型可以是各種直流電機(jī)、異步電機(jī)、同步電機(jī)及其他類型電機(jī)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1，所述輪轂驅(qū)動電動汽車底盤協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特性在于，所述車輛運行狀態(tài)的判斷S21中直線行駛與轉(zhuǎn)向行駛的識別是通過設(shè)置控制閥值的方法對進(jìn)行車輛轉(zhuǎn)向狀態(tài)識別；若轉(zhuǎn)向角輸入則認(rèn)為車輛為直線行駛狀態(tài)；若轉(zhuǎn)向角輸入則認(rèn)為車輛為轉(zhuǎn)向狀態(tài)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1，所述輪轂驅(qū)動電動汽車底盤協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特性在于，所述車輛運行狀態(tài)的判斷S21中轉(zhuǎn)向行駛穩(wěn)態(tài)響應(yīng)類型的識別是利用特征車速對車輛穩(wěn)態(tài)響應(yīng)類型進(jìn)行判斷。首先由所述S14線性二自由度車輛動力學(xué)模型，得到系統(tǒng)特征方程；然后，根據(jù)Huiwitz穩(wěn)定性判斷，可以得到系統(tǒng)穩(wěn)定性的判斷條件如下：

其中u為車速，u_ch為車輛特征車速。由穩(wěn)定性判斷條件可知，要判斷車輛是否穩(wěn)定運行，必須求解出特征車速u_ch。特性車速可根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、車速和橫擺角速度進(jìn)行求解。

假設(shè)車輛作穩(wěn)態(tài)圓周運動，則滿足：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\δ}=const\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}=const\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\β}}=0\\ \stackrel{\·}{u}=0\end{array}\right.$

其中，β為質(zhì)心側(cè)偏角，γ為質(zhì)心橫擺角。

則可推導(dǎo)出橫擺角速度增益為：

$\frac{\stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}\left(t\right)}{\mathrm{\δ}\left(t\right)}=\frac{1}{l}\frac{u\left(t\right)}{1+u^2\left(t\right)/u_{ch}^2\left(t\right)}$

可推得，

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{ch}^2\left(t\right)=\frac{u^2\left(t\right)}{1-\mathrm{\δ}\left(t\right)u\left(t\right)/\stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}\left(t\right)l}\\ \mathrm{\δ}=\frac{l}{\mathrm{\ρ}}+\frac{1}{u_{ch}^2}\frac{u^2}{\mathrm{\ρ}}\end{array}\right.$

其中，ρ為轉(zhuǎn)向半徑，l為軸距。

假設(shè)車輛符合阿克曼轉(zhuǎn)向條件，則滿足

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\δ}}_0=\frac{l}{\mathrm{\ρ}}\\ \frac{\mathrm{\δ}}{{\mathrm{\δ}}_0}=1+\frac{u^2}{u_{ch}^2}\end{array}\right.$

于是得到以下結(jié)論：

a.時，為不足轉(zhuǎn)向；

b.時，為中性轉(zhuǎn)向；

c.時，為過多轉(zhuǎn)向。

6.根據(jù)權(quán)利要求1，所述輪轂驅(qū)動電動汽車底盤協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特性在于，所述車輛運行狀態(tài)的判斷S22中目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式要根據(jù)應(yīng)用對象的性能要求進(jìn)行制定，應(yīng)用對象的性能要求不同，制定的控制目標(biāo)函數(shù)會有所不同，應(yīng)用對象的性能要求相同，也可以有不同的表達(dá)函數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1，所述輪轂驅(qū)動電動汽車底盤協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特性在于，所述車輛運行狀態(tài)的判斷S23中的控制規(guī)則是首先設(shè)置轉(zhuǎn)向控制閥值進(jìn)行車輛轉(zhuǎn)向狀態(tài)識別，然后根據(jù)轉(zhuǎn)向行駛穩(wěn)態(tài)響應(yīng)識別結(jié)果通過設(shè)置前輪橫擺角速度閥值后輪橫擺角速度閥值車輛側(cè)向加速度閥值對前輪主動轉(zhuǎn)向和目標(biāo)橫擺力矩進(jìn)行協(xié)調(diào)，避免相互干涉。所述協(xié)調(diào)控制規(guī)則具體如下：

A.轉(zhuǎn)向角無轉(zhuǎn)向操縱

車輛處于直線行駛狀態(tài)，頂層協(xié)調(diào)控制層S2僅起監(jiān)控作用，不作任何決策指令。此時，所述AFS控制器S31和DYC控制器S33均不工作，所述AS控制器S32正常工作，主要改善車輛垂向動力學(xué)特性。

B.轉(zhuǎn)向角進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱

在轉(zhuǎn)向行駛工況下，根據(jù)所述特征車速u_ch將頂層協(xié)調(diào)控制層S2的控制規(guī)則劃分為兩個區(qū)域，并制定不同的規(guī)則進(jìn)行所述子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制。

a.車速u≤|u_ch|，車輛系統(tǒng)穩(wěn)定

此時，所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2僅起監(jiān)控作用，并不發(fā)出任何決策指令；所述AS控制器S32和DYC控制器S33不工作；所述AFS控制器S31正常工作。如果所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2發(fā)出決策指令，所述AFS控制器S31和AS控制器S32同時進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，改善車輛的耦合動力學(xué)特性；反之，頂層協(xié)調(diào)控制層S2只對AFS控制器S31單獨控制。

b.車速u＞|u_ch|，車輛系統(tǒng)不穩(wěn)定

①當(dāng)|γ|≤|0.85μg/u|且時，所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2進(jìn)行實時監(jiān)控，并發(fā)出決策指令；所述DYC控制器S33參與工作，改善前輪轉(zhuǎn)向的靈敏度；所述AS控制器S32正常工作，改善車輛行駛穩(wěn)定性。此時，如果所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2發(fā)出決策指令，所述AS控制器S32參與工作，進(jìn)入AFS控制器S31、DYC控制器S33和AS控制器S32協(xié)調(diào)控制模式；反之，所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2對AFS控制器S31和DYC控制器S33進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

②當(dāng)|γ|＞|0.85μg/u|且時，所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2進(jìn)行實時監(jiān)控，并發(fā)出決策指令；所述DYC控制器S33參與工作，改善前輪轉(zhuǎn)向的靈敏度；所述AS控制器S32正常工作，改善車輛行駛穩(wěn)定性。如果所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2發(fā)出決策指令，所述AS控制器S32參與工作，進(jìn)入AFS控制器S31、DYC控制器S33和AS控制器S32協(xié)調(diào)控制模式；反之，所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2進(jìn)行AFS控制器S31和DYC控制器S33的協(xié)調(diào)控制。

③當(dāng)|γ|＞|0.85μg/u|且時，所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2僅起監(jiān)控作用，并不發(fā)出任何決策指令；所述AFS控制器S31不工作；所述DYC控制器S33參與工作。如果所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2發(fā)出決策指令，所述AS控制器S32參與工作，此時進(jìn)入DYC控制器S33、AS控制器S32協(xié)調(diào)控制模式，提高車輛行駛的穩(wěn)定性；反之，所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2只對DYC控制器S33進(jìn)行單獨控制。

④除①～③外的其他情況下，如果所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2發(fā)出決策指令，對所述DYC控制器S33、AS控制器S32進(jìn)行協(xié)調(diào)控制；反之，所述頂層協(xié)調(diào)控制層S2只進(jìn)行AFS控制器S31的單獨控制。

8.根據(jù)權(quán)利要求1，所述輪轂驅(qū)動電動汽車底盤協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特性在于，所述子系統(tǒng)控制層S3的AFS控制器S31、AS控制器S32及DYC控制器S33可以是采用PID控制、最優(yōu)控制、相平面控制、非線性滑?？刂?、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及其它智能控制方法中的任一控制算法設(shè)計的單一算法控制器，也可以是采用上述控制算法中的任意組合形式而設(shè)計的混合算法控制器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1，所述輪轂驅(qū)動電動汽車底盤協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特性在于，所述車輛耦合動力學(xué)模型，可以是利用集中參數(shù)法建立的動力學(xué)模型，也可以是利用各種CAE軟件建立的動力學(xué)模型，根據(jù)具體控制對象結(jié)構(gòu)形式不同，動力學(xué)模型可以有不同的自由度。