CN109532376B

CN109532376B - 汽车减震器控制系统

Info

Publication number: CN109532376B
Application number: CN201710867610.5A
Authority: CN
Inventors: 潘阳; 李铭; 陈养彬
Original assignee: Shanghai New Era Robot Co ltd
Current assignee: Shanghai New Era Robot Co ltd
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2037-09-22
Also published as: CN109532376A

Abstract

本发明公开了一种汽车减震器控制系统。本发明的汽车减震器控制系统，包括主控制设备，被配置为能够接收汽车的震动参数，并根据震动参数确定电机的运动期望数据；子控制设备，与主控制设备通讯连接，被配置为能够接受运运动期望数据，根据运动期望数据确定电流期望数据，基于电流期望数据生成控制指令；驱动器，与子控制设备通讯连接，被配置为能够接收控制指令并根据控制指令控制电机的运行状态。本发明提供的汽车减震器控制系统，通过增加子控制设备，使子控制设备与驱动器和电机之间形成电流控制闭环，可以降低电机控制延迟，以及在汽车发生高频震动时，减少汽车传给乘车人员的冲击。

Description

汽车减震器控制系统

技术领域

本发明涉及汽车减震器技术领域，尤其涉及一种汽车减震器控制系统。

背景技术

为了使车架与车身的震动迅速衰减，改善汽车行驶的平顺性和舒适性，汽车悬架系统上一般都装有减震器。

现有的汽车减震装置一般为被动型减震器，其结构为在悬架中与弹性元件并联安装减震器，其工作原理是当车架(或车身)和车桥间受震动出现相对运动时，减震器内的活塞上下移动，减震器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内。

由于被动型减震器只有当车身出现震动后才能发挥其作用，并且减震器的工作无法精确控制。因此，现有技术中出现了主动型减震器，一般地，主动型减震器的控制系统包括传感器、控制设备、驱动器和电机，其中，控制设备与驱动器通过Ethercat协议通信，其控制原理为传感器感知车体震动并将震动参数发送给控制设备，控制设备接收电机状态数据，并根据震动参数和电机状态数据来进行运动规划期望生成电机控制期望数据，最后转化为控制指令，并将控制指令发送给驱动器驱动控制电机改变工作状态，其具体的工作流程如图1所示。

现有的主动型减震器可以根据控制设备预先模拟车体震动并进行运动规划，从而通过驱动器控制电机状态以实现减震功能。但是，现有的主动型减震器的控制系统存在以下问题：

1、控制系统中的各个设备单元进行每一步数据传输都会导致数据延迟，导致从传感器获取震动数据到电机接收控制指令改变电机状态将会出现很长的延迟时间，降低了减震的效果。

2、对于改变电机状态的控制闭环回路(图1中右下角虚线部分)很长，导致电机运动轨迹可能会和期望相差较远。

3、控制系统对于电机的控制如果采用速度或者位置环，则无法控制电机的刚性。在车子出现加速度高频突变时，短时间内速度和位置指令的参数都是过去延迟下来的，而过高的电机刚性将会导致电机将车子的突变加速度传给人。而控制系统对于电机的控制如果采用电流环，负载可能实时变化、导致无法进行动力学建模，因此，如何给控制系统前馈是不可回避的困难。

针对现有的无法解决运动学控制前馈、并且对于电机的控制延迟较高的问题，需要提供一种能够降低电机控制延迟，以及在汽车发生高频震动时，能够减少汽车传给乘车人员的冲击的汽车减震器控制系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种汽车减震器控制系统，通过增加子控制设备，使子控制设备与驱动器和电机之间形成电流控制闭环，可以降低电机控制延迟，以及在汽车发生高频震动时，减少汽车传给乘车人员的冲击。

为实现上述目的，本发明的一种汽车减震器控制系统，包括：

主控制设备，被配置为能够接收汽车的震动参数，并根据震动参数确定电机的运动期望数据；

子控制设备，与主控制设备通讯连接，被配置为能够接受运动期望数据，根据运动期望数据确定电流期望数据，基于电流期望数据生成控制指令；

驱动器，与子控制设备通讯连接，被配置为能够接收控制指令并根据控制指令控制电机的运行状态。

进一步地，主控制设备包括：

第一数据接收模块，被配置为能够接收震动参数；

第一数据处理模块，被配置为能够根据震动参数确定运动期望数据；

第一接口模块，主控制设备通过第一接口模块与子控制设备通信连接。

进一步地，主控制设备还包括：

第一反馈模块，第一反馈模块被配置为能够接收子控制设备反馈的电机的运行状态信息，并根据电机的运行状态信息，重新确定电机的运动期望数据。

进一步地，电机的运行状态信息包括电机的速度信息和位置信息。

进一步地，主控制设备还包括：

指令接收模块，被配置为能够接收并处理用户发送的指令信息，并将指令信息分发给主控制设备中对应的模块。

进一步地，子控制设备包括：

第二数据接收模块，被配置为能够接收运动期望数据；

第二数据处理模块，被配置为能够根据运动期望数据确定电流期望数据；

控制模块，被配置为能够基于电流期望数据生成控制指令；

第二接口模块，子控制设备通过第二接口模块与驱动器通信连接。

进一步地，子控制设备还包括：

第二反馈模块，第二反馈模块被配置为能够实时获取电机的旋转加速度数据和电流数据，并根据旋转加速度数据和电流数据实时更新电流期望数据。

进一步地，电机的数量为一个或者多个，子控制设备还包括设备管理模块，设备管理模块被配置为能够能够管理一个或者多个电机的运行状态。

进一步地，还包括：

传感器，与主控制设备通讯连接，被配置为能够采集震动参数并发送至主控制设备。

进一步地，主控制设备和从控制设备通过Ethercat协议通信。

本发明的汽车减震器控制系统，在系统中增加了子控制设备，使速度环控制和电流环控制分离，主控制设备基于电机的速度进行运行期望数据的确定，子控制设备根据运行期望数据进行电流期望数据的确定，从而使子控制设备与驱动器和电机之间形成电流控制闭环，对于电机的运行状态的控制主要通过子控制设备实现，降低电机控制的延迟，使电机运动状态的跟随性较好。另外，由于本发明的的汽车减震器控制系统通过利用电流期望数据生成控制指令，并控制电机的运行状态，因此，当汽车发生高频震动时，可以大大减少汽车传递给乘车人员的冲击。

附图说明

图1为现有技术中的汽车减震器控制系统的控制流程示意图；

图2为本发明的汽车减震器控制系统的结构示意图；

图3为本发明中主控制设备的结构示意图；

图4为本发明中从控制设备的结构示意图；

图5为本发明的汽车减震器控制系统的控制流程示意图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图2所示，本发明的汽车减震器控制系统，包括主控制设备、子控制设备和驱动器。其中，主控制设备被配置为能够接收汽车的震动参数，并根据震动参数确定电机的运动期望数据。其中，震动参数包括汽车的x、y、z三个方向的线加速度和角速度，即汽车的长度方向、宽度方向和高度方向的线加速度和角速度。运动期望数据为根据震动参数计算的悬架的位置和姿态，以及电机的速度和位置。子控制设备与主控制设备通讯连接，被配置为能够接受运动期望数据，根据运动期望数据确定电流期望数据，基于电流期望数据生成控制指令。其中，电流期望数据是指各个电机的电流大小。驱动器与子控制设备通讯连接，被配置为能够接收控制指令并根据控制指令控制电机的运行状态。

在本发明实施例中，还包括传感器，传感器与主控制设备通讯连接，能够采集震动参数并发送至主控制设备。

在本发明实施例中，如图3所示，主控制设备包括第一数据接收模块、第一数据处理模块和第一接口模块，其中，第一数据接收模块用于接收传感器采集的震动参数，并将接收到的震动参数传递至第一数据处理模块，第一数据处理模块能够根据接收到的震动参数确定运动期望数据，主控制设备通过第一接口模块与子控制设备通信连接，并将第一数据处理模块确定的运动期望数据传递至子控制设备，以进行后续的数据处理及控制工作。在本实施例中，主控制设备和从控制设备可以通过Ethercat协议进行通信。因此，主控制设备可以每隔一定的时间间隔获取汽车的震动情况，并根据获取震动情况的时刻的震动参数，重新对电机的运行进行规划，更新运动期望数据，并传递给子控制设备，以使子控制设备改变对电机运行状态的控制。其中，对于电机运行状态的调节主要通过回中量和补偿量进行控制，回中量与电机当前的位置有关，根据电机当前的位置信息和与平衡位置的偏差来实时更新回中量，补偿量根据震动参数和汽车的具体结构来调节。

但是，仅根据汽车的震动情况改变对电机运行状态的控制，而不考虑电机自身的运行状态，这样会降低减震的效果。因此，在本发明另一实施例中，主控制设备还包括第一反馈模块，第一反馈模块能够接收子控制设备反馈的电机的运行状态信息，并根据电机的运行状态信息，重新确定电机的运动期望数据，即主控制设备与子控制设备之间通过传递的运动期望数据和反馈的电机的运行状态信息形成了闭环的反馈系统，可以依据这两组数据对电机的运动期望数据进行反馈调节。主控制设备可以每隔一定的时间间隔获取一次电机的运行状态信息，并根据该电机的运行状态信息对电机的运动期望数据进行调节，因此，对电机运行状态的控制考虑到了电机自身的运行状态，能够提高减震的效果，使乘车人员的乘车体验更加舒适。在本发明另一实施例中，电机的运行状态信息包括电机的速度信息和位置信息，其中，电机的位置信息是编码器对转子行程的记录，电机的速度信息为电机的转速，因此，主控制设备对于电机的运动期望数据的确定，实际上是基于速度闭环的控制过程，并且基于动态和稳态的位置误差进行调节。

在实际的驾车过程中，避免不了乘车人员与汽车之间进行交互，因此，在本发明又一实施例中，主控制设备还包括指令接收模块，指令接收模块能够接收并处理用户通过交互界面发送的指令信息，并将指令信息分发给主控制设备中对应的模块。例如，指令接收模块接收到了用户发送的启动减震功能的指令，可以将该指令分发给第一数据接收模块使其接收震动参数，同时将该指令分发给第一数据处理模块对于接收到的震动参数进行处理。再例如，指令接收模块接收到了用户发送的增强减震功能的指令，可以将该指令分发给第一数据处理模块，使第一数据处理模块调节减震的参数，并且对接收到的震动参数进行处理，以增强减震效果。

在本发明实施例中，如图4所示，子控制设备包括第二数据接收模块、第二数据处理模块、控制模块和第二接口模块。其中，第二数据接收模块能够接收由主控制设备传递来的运动期望数据，并将该运动期望数据发送至第二数据处理模块，第二数据处理模块能够根据运动期望数据确定电流期望数据并发送至控制模块，并通过电流期望数据和实时检测到的误差来修正电流期望数据，控制模块基于该电流期望数据生成控制指令，子控制设备通过第二接口模块与驱动器通信连接，并将控制指令发送至驱动器，驱动器接收到该控制指令后，根据控制指令的内容，控制电机改变其运行状态。可见，子控制设备的作用是接收主控制设备的运动期望数据，并将其转化为基于电流的控制指令，通过调节电流大小的方式改变电机的运行状态。因此，当汽车发生高频震动时，由于是通过改变电流大小来调节电机的运行状态，而洛伦兹力保持恒定，因此可以大大减少车子传给人的冲击。

为了在控制电机的运行状态时，能够减少控制延时，因此在本发明另一实施例中，可以计算电流前馈，以达到减少控制延时的效果。此时，子控制设备还包括第二反馈模块，第二反馈模块被配置为能够实时获取电机的旋转加速度数据和电流数据，并根据旋转加速度数据和电流数据实时更新电流期望数据。

通过记录各个时刻电机的旋转加速度数据和电流数据，然后在需要改变加速度时通过下面公式来计算控制电流数据：

其中，I_y为当前时刻的电流数据，I₁和I₀分别为当前时刻的前两个时刻的电流数据，a_x为当前时刻的旋转加速度数据，a₁和a₀为当前时刻的前两个时刻的旋转加速度数据，当前时刻的旋转加速度数据已知，因此可以计算出需要调节的当前时刻的电流数据。

由于将减震设备视为电流与加速度差分线性关系，且短时间内系数相等。这样，可以计算出电流数据前馈来减少控制延时。

因此，子控制设备与驱动器和电机之间通过发送的电流数据和反馈的电机的旋转加速度数据，可以形成闭环反馈系统，通过反馈调节控制指令中的电流大小，从而使子控制设备与驱动器形成电流控制闭环。由于子控制系统将电机的运动期望数据转化为电流期望数据，使得功能精简、响应时间短，因此使子控制设备功能简单，响应更快，让电机运动轨迹的跟随性更好。

在本发明实施例中，电机的数量为一个或者多个，子控制设备还包括设备管理模块，设备管理模块被配置为能够能够管理一个或者多个电机的运行状态。

本发明实施例的汽车减震器控制系统的原理如图5所示，传感器采集汽车的震动参数，并传递给主控制设备，主控制设备根据震动参数计算出电机的运动期望数据，并通过Ethercat协议传递至子控制设备，子控制设备将电机的运动期望数据转化为电流期望数据，并生成控制指令，传递至驱动器，通过驱动器控制电机的运行状态。并且，主控制设备可以根据子控制设备反馈的电机的运行状态信息调节运动期望数据，以使子控制设备随之调节电流期望数据和控制指令。子控制设备还可以根据驱动器反馈的电机的运行状态信息实时调节控制指令。

综上所述，本发明的汽车减震器控制系统，在系统中增加了子控制设备，使速度环控制和电流环控制分离，主控制设备基于电机的速度进行运行期望数据的确定，子控制设备根据运行期望数据进行电流期望数据的确定，从而使子控制设备与驱动器和电机之间形成电流控制闭环，对于电机的运行状态的控制主要通过子控制设备实现，解决了电流环的前馈问题，降低电机控制的延迟，使电机运动状态的跟随性较好。另外，由于本发明的的汽车减震器控制系统通过利用电流期望数据生成控制指令，并控制电机的运行状态，因此，当汽车发生高频震动时，可以大大减少汽车传递给乘车人员的冲击。

以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种汽车减震器控制系统，其特征在于，包括：

主控制设备，被配置为能够接收汽车的震动参数，并根据所述震动参数确定电机的运动期望数据；

子控制设备，与所述主控制设备通讯连接，被配置为能够接受所述运动期望数据，根据所述运动期望数据确定电流期望数据，基于所述电流期望数据生成控制指令；

驱动器，与所述子控制设备通讯连接，被配置为能够接收所述控制指令并根据所述控制指令控制所述电机的运行状态；

所述主控制设备包括第一反馈模块，所述第一反馈模块被配置为能够接收所述子控制设备反馈的所述电机的运行状态信息，并根据所述电机的运行状态信息，重新确定所述电机的运动期望数据，其中，所述电机的运行状态信息包括所述电机的速度信息和位置信息。

2.如权利要求1所述的汽车减震器控制系统，其特征在于，所述主控制设备还包括：

第一数据接收模块，被配置为能够接收所述震动参数；

第一数据处理模块，被配置为能够根据所述震动参数确定所述运动期望数据；

第一接口模块，所述主控制设备通过所述第一接口模块与所述子控制设备通信连接。

3.如权利要求1所述的汽车减震器控制系统，其特征在于，所述主控制设备还包括：

指令接收模块，被配置为能够接收并处理用户发送的指令信息，并将所述指令信息分发给所述主控制设备中对应的模块。

4.如权利要求1所述的汽车减震器控制系统，其特征在于，所述子控制设备包括：

第二数据接收模块，被配置为能够接收所述运动期望数据；

第二数据处理模块，被配置为能够根据所述运动期望数据确定所述电流期望数据；

控制模块，被配置为能够基于所述电流期望数据生成所述控制指令；

第二接口模块，所述子控制设备通过所述第二接口模块与所述驱动器通信连接。

5.如权利要求4所述的汽车减震器控制系统，其特征在于，所述子控制设备还包括：

第二反馈模块，所述第二反馈模块被配置为能够实时获取所述电机的旋转加速度数据和电流数据，并根据所述旋转加速度数据和所述电流数据实时更新所述电流期望数据。

6.如权利要求1所述的汽车减震器控制系统，其特征在于，所述电机的数量为一个或者多个，所述子控制设备还包括设备管理模块，所述设备管理模块被配置为能够管理所述一个或者多个电机的运行状态。

7.如权利要求1所述的汽车减震器控制系统，其特征在于，还包括：

传感器，与所述主控制设备通讯连接，被配置为能够采集所述震动参数并发送至所述主控制设备。

8.如权利要求1所述的汽车减震器控制系统，其特征在于，所述主控制设备和所述子控制设备通过Ethercat协议通信。