CN106627026A - 电机式主动稳定杆控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电机式主动稳定杆控制系统，包括横向加速度传感器(1)、侧倾角速度传感器(2)、轮速传感器(3)、转向角传感器(4)、倾角传感器(5)、横摆角速度传感器(6)，ECU控制单元(7)，驱动电路(8)和执行机构(9)；所述ECU控制单元(7)通过驱动电路(8)与执行机构(9)电连接，所述横向加速度传感器(1)、侧倾角速度传感器(2)、轮速传感器(3)、转向角传感器(4)、倾角传感器(5)和横摆角速度传感器(6)分别与ECU控制单元(7)电连接。本发明的电机式主动稳定杆控制系统，可以根据车辆不同的行驶工况选择合理的工作模式，实时调整所需的反侧倾力矩值，有效抑制车身侧倾。

Description

电机式主动稳定杆控制系统
技术领域
本发明属于汽车行驶安全电子控制技术领域，特别是一种成本低且能兼顾车辆行驶的各种工况的电机式主动稳定杆控制系统。
背景技术
现有汽车稳定杆大多采用被动式稳定杆。这种被动式稳定杆只针对车辆发生侧倾的工况设计，结构形式固定单一，刚度无法调节。当车辆在平稳路面上行驶时易造成悬架刚度太大，无法同时兼顾乘坐舒适性以及操纵稳定性。为此，在此基础上改进得到了主动稳定杆。主动式稳定杆能根据车辆的不同侧倾程度实时调整稳定杆两端的反侧倾力矩值。能同时兼顾乘坐舒适性以及操纵稳定性。
为系统控制主动式稳定杆，中国发明专利申请“一种车用主动稳定杆的控制系统及控制方法”(申请号：2011101548931.1，公开日：2013.06.12)。该控制系统包括：横向加速度传感器、活塞位移传感器和侧倾角传感器，控制单元，执行机构。其通过传感器采集到的信号输入控制单元，控制单元决定是否改变活塞位移和改变活塞位移的多少。该控制系统仅适用于液压式主动稳定杆，由于液压式主动稳定杆作动器的活塞机构移动的位移有限，所以仅比较适用于大型车辆，且该控制系统仅判断发生侧倾和无侧倾两种工况，存在精确性差，控制局限性大的问题。
中国发明专利申请“一种自适应车辆横向稳定控制装置”(申请号：201010589149.X，公开日：2013.03.27)，该控制系统包括：轮速传感器、倾角传感器和方向盘转角传感器，高度传感器，控制单元，稳定杆。其通过侧倾角传感器测的车辆的运行状态及行驶路面状况输入电子控制单元。由于车辆侧倾角度小，使用倾角传感器误差大，精确度不高。且该控制装置中采用了阻尼补偿和摩擦补偿的方式，设计的抗干扰控制器，计算量太大，对于ECU要求较高，间接提高了开发成本。
总之，现有技术存在的问题是：不能根据车辆不同的行驶工况选择合理的工作模式，无法实时调整所需的反侧倾力矩值，抑制车身侧倾效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机式主动稳定杆控制系统，可以根据车辆不同的行驶工况选择合理的工作模式，实时调整所需的反侧倾力矩值，有效抑制车身侧倾。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种电机式主动稳定杆控制系统，包括横向加速度传感器、侧倾角速度传感器、轮速传感器、转向角传感器、倾角传感器、横摆角速度传感器，ECU控制单元，驱动电路和执行机构；所述ECU控制单元通过驱动电路与执行机构电连接，所述横向加速度传感器、侧倾角速度传感器、轮速传感器、转向角传感器、倾角传感器和横摆角速度传感器分别与ECU控制单元电连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、与传统的被动式稳定杆相比，主动稳定杆能实时调整输出扭矩的大小，与液压式主动稳定杆相比，电机式主动稳定杆结构简单、易于控制，响应速度快。
2、采用分层的控制算法，引入侧向加速度以及侧倾角速度信号，侧向加速度使ECU使车辆的实际侧倾角的稳态值达到目标值，侧倾角速度信号使车辆的实际侧倾角快速的收敛到目标值。
3、永磁直流无刷电机控制采用三环控制，电机转角控制环和转速环都采用PI控制，控制算法简单、有效，电流环采用最优控制，可针对永磁直流无刷电机脉冲波动大的问题，有效减小电流脉冲波动，从而达到减小能耗的作用。
4、与目前的电机式主动稳定杆相比，本发明控制系统能兼顾车辆在不同道路的行驶情况以及不同行驶工况，同时保证乘坐舒适性和操纵稳定性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明电机式主动稳定杆控制系统的结构框图。
图2为图1中执行机构的结构示意图。
图3为三环闭环控制原理图。
图4为本发明电机式主动稳定杆控制系统的工作原理图。
图中，横向加速度传感器1、侧倾角速度传感器2、轮速传感器3、转向角传感器4、倾角传感器5、横摆角速度传感器6、ECU控制单元7、驱动电路8、执行机构9。
具体实施方式
如图1所示，本发明电机式主动稳定杆控制系统，包括横向加速度传感器1、侧倾角速度传感器2、轮速传感器3、转向角传感器4、倾角传感器5、横摆角速度传感器6，ECU控制单元7，驱动电路8和执行机构9；
所述ECU控制单元7通过驱动电路8与执行机构9电连接，所述横向加速度传感器1、侧倾角速度传感器2、轮速传感器3、转向角传感器4、倾角传感器5和横摆角速度传感器6分别与ECU控制单元7电连接。
如图2所示，所述执行机构9包括电机作动器91、左稳定杆92、右稳定杆93、传动机构94、减速机构95，所述传动机构94的输入端与减速机构95的输出端相连，其输出端与左稳定杆92、右稳定杆93相连，所述减速机构95的输入端与电机作动器91的输出端相连。
如图3所示，所述ECU控制单元7综合各传感器的信号输入，通过驱动电路8使执行机构9处于对应的工作模式。
所述工作模式包括：
工作模式1：当车辆在水平路面上行驶，且车辆速度v<10km/h时；
工作模式2：当车辆速度为10km/h≤v<30km/h之间且在侧坡坡度α<10°的侧坡上行驶，或者车辆在水平路面上行驶，且车速大于v>30km/h行驶时；
工作模式3：当ECU控制单元7检测到系统发生故障时，或者车辆在侧坡坡度α≥10°且车速在10km/h≤v<30km/h之间时。
当处于工作模式1时，电机自由转动，主动稳定杆两端处于断开状态，控制系统处于待机状态，随时监控车辆行驶状态；
当车辆在水平路面上行驶，且v<10km/h时，车辆处于稳定行驶状态。此时，为了提高车辆的乘坐舒适性，系统处于工作模式1，即系统不工作。电机自由转动，主动稳定杆两端处于断开状态，控制系统处于待机状态，随时监控车辆行驶状态。
当处于工作模式2时，横向加速度传感器获取车辆的侧向加速度ay，侧倾角速度传感器获取车辆的侧倾角速度转向角传感器获取车辆的方向盘转角δ，横摆角速度传感器获取车辆的横摆角速度信号γ，输入ECU控制单元7，
ECU控制单元7、计算出整车总的反侧倾力矩、前、后轴反侧倾力矩的分配系数，控制电机产生扭矩传递给稳定杆，使得稳定杆产生反侧倾力矩作用于车身，车辆的侧倾状况反馈给ECU控制单元7，传感器实时监测车辆的状态变化，及时反馈车辆的状态参数给控制系统，控制系统实时调整输出扭矩的大小以抑制车身侧倾；
控制器采用分层结构设计系统的控制算法，分为三层控制器：上层计算出整车总的反侧倾力矩；中间层计算前、后轴反侧倾力矩的分配系数；底层电机控制器，由电机产生的扭矩传递给稳定杆，使得稳定杆产生反侧倾力矩作用于车身。车辆的侧倾状况反馈给控制器，传感器实时监测车辆的状态变化，及时反馈车辆的状态参数给控制系统，控制系统实时调整输出扭矩的大小以抑制车身侧倾。
当车辆车速在10km/h≤v<30km/h之间且在侧坡坡度α<10°的侧坡上行驶，或者车速大于v>30km/h行驶时，为了同时兼顾乘坐舒适性以及操纵稳定性，系统处于工作模式2。将传感器采集到的信号输入到控制器ECU7输入端，控制器采用分层结构设计系统的控制算法。
如图3所示，当处于工作模式2时，对电机的控制采用三环闭环控制：
外环为位置环，ECU控制单元计算出的目标转角与电机实际转角做对比分析，采用PI控制；
中间环为转速环，采用PI控制；
内环为电流环，采用最优控制，以有效减小电流波动及转矩脉动。
当处于工作模式3时，系统处于“锁定杆”状态，电机短接制动。
如图4所示，驱动电路的开关电路上桥全部打开，下桥全部关闭，或者上桥全部关闭，下桥全部打开，电机定子的三相绕组被短接成为闭合回路。断开电源后转子尚有剩余磁场，而转子依靠自己的惯性仍在转动，形成旋转磁场，转子的旋转磁场使定子绕组内产生感应电流，该电流又与转子的旋转磁场相互作用迫使转子迅速停下来。“锁定杆”状态使稳定杆以与传统被动式稳定杆相似的方式进行工作。
当ECU检测到系统发生故障时，或者车辆处于越野状态即α≥10°且车速在10km/h≤v<30km/h之间时，为了提升车辆的操纵稳定性，系统将处于工作模式3，即系统处于“锁定杆”状态。电机短接制动，即驱动电路的开关电路10上桥全部打开，下桥全部关闭，或者上桥全部关闭，下桥全部打开，电机定子的三相绕组被短接成为闭合回路。处于发电状态的电机，相当于电源被短路。电源短路后转子尚有剩余磁场，而转子依靠自己的惯性仍在转动，形成旋转磁场，转子的旋转磁场使定子绕组内产生感应电流，该电流又与转子的旋转磁场相互作用迫使转子迅速停下来。“锁定杆”状态使稳定杆以与传统被动式稳定杆相似的方式进行工作。

Claims (6)

1.一种电机式主动稳定杆控制系统，其特征在于：
包括横向加速度传感器(1)、侧倾角速度传感器(2)、轮速传感器(3)、转向角传感器(4)、倾角传感器(5)、横摆角速度传感器(6)，ECU控制单元(7)，驱动电路(8)和执行机构(9)；
所述ECU控制单元(7)通过驱动电路(8)与执行机构(9)电连接，所述横向加速度传感器(1)、侧倾角速度传感器(2)、轮速传感器(3)、转向角传感器(4)、倾角传感器(5)和横摆角速度传感器(6)分别与ECU控制单元(7)电连接。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述执行机构(9)包括电机作动器(91)、左稳定杆(92)、右稳定杆(93)、传动机构(94)、减速机构(95)，所述传动机构(94)的输入端与减速机构(95)的输出端相连，其输出端与左稳定杆(92)、右稳定杆(93)相连，所述减速机构(95)的输入端与电机作动器(91)的输出端相连。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于：所述ECU控制单元(7)综合各传感器的信号输入，通过驱动电路(8)使执行机构(9)处于对应的工作模式。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述工作模式包括：
工作模式1：当车辆在水平路面上行驶，且车辆速度v<10km/h时；
工作模式2：当车辆速度为10km/h≤v<30km/h之间且在侧坡坡度α<10°的侧坡上行驶，或者车辆在水平路面上行驶，且车速大于v>30km/h行驶时；
工作模式3：当ECU控制单元(7)检测到系统发生故障时，或者车辆在侧坡坡度α≥10°且车速在10km/h≤v<30km/h之间时。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于：
当处于工作模式1时，电机自由转动，主动稳定杆两端处于断开状态，控制系统处于待机状态，随时监控车辆行驶状态；
当处于工作模式2时，横向加速度传感器获取车辆的侧向加速度ay，侧倾角速度传感器获取车辆的侧倾角速度转向角传感器获取车辆的方向盘转角δ，横摆角速度传感器获取车辆的横摆角速度信号γ，输入ECU控制单元(7)，ECU控制单元(7)、计算出整车总的反侧倾力矩、前、后轴反侧倾力矩的分配系数，控制电机产生扭矩传递给稳定杆，使得稳定杆产生反侧倾力矩作用于车身，车辆的侧倾状况反馈给ECU控制单元(7)，传感器实时监测车辆的状态变化，及时反馈车辆的状态参数给控制系统，控制系统实时调整输出扭矩的大小以抑制车身侧倾；
当处于工作模式3时，系统处于“锁定杆”状态，电机短接制动。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，当处于工作模式2时，对电机的控制采用三环闭环控制：
外环为位置环，ECU控制单元计算出的目标转角与电机实际转角做对比分析，采用PI控制；
中间环为转速环，采用PI控制；
内环为电流环，采用最优控制，以有效减小电流波动及转矩脉动。
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