CN111137093B - 一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法及系统 - Google Patents

一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111137093B
CN111137093B CN202010016890.0A CN202010016890A CN111137093B CN 111137093 B CN111137093 B CN 111137093B CN 202010016890 A CN202010016890 A CN 202010016890A CN 111137093 B CN111137093 B CN 111137093B
Authority
CN
China
Prior art keywords
road surface
shock absorber
suspension
wheel
optimal control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010016890.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111137093A (zh
Inventor
秦也辰
赵泽
董明明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202010016890.0A priority Critical patent/CN111137093B/zh
Publication of CN111137093A publication Critical patent/CN111137093A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111137093B publication Critical patent/CN111137093B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60GVEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60GVEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/016Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by their responsiveness, when the vehicle is travelling, to specific motion, a specific condition, or driver input
    • B60G17/0165Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by their responsiveness, when the vehicle is travelling, to specific motion, a specific condition, or driver input to an external condition, e.g. rough road surface, side wind
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60GVEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/015Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements
    • B60G17/018Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load the regulating means comprising electric or electronic elements characterised by the use of a specific signal treatment or control method
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60GVEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/06Characteristics of dampers, e.g. mechanical dampers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60GVEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2300/00Indexing codes relating to the type of vehicle
    • B60G2300/02Trucks; Load vehicles
    • B60G2300/024Light trucks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60GVEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/20Speed
    • B60G2400/204Vehicle speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60GVEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/80Exterior conditions
    • B60G2400/82Ground surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60GVEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2500/00Indexing codes relating to the regulated action or device
    • B60G2500/10Damping action or damper

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法及系统。该方法包括:获取当前路面的路面输入能量、路面频率指数、当前车速;在参数库中获取与当前车速、当前路面输入能量和当前路面频率指数相对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;参数库中存储有在不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数,轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数为根据悬架‑轮毂电机系统求取的参数;根据轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振。本发明通过协同控制悬架减振与轮内减振,实现了轮毂电机驱动车辆动力学性能的提升。

Description

一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法及系统
技术领域
本发明涉及车辆技术领域,特别是涉及一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法及系统。
背景技术
悬架系统在车辆行驶过程中的起到减振、导向、传递力和力矩的作用,是车辆系统的核心子系统;传统悬架系统包括连接车身与车轮的弹簧、阻尼器、导向机构以及连接部件。轮毂电机驱动车辆相比于传统内燃机驱动车辆,在空间布置、能量效率以及动力控制等方面具有诸多优势,但其增加的非簧载质量会显著增加车轮动载荷,降低复杂路面行驶条件下的车辆操纵稳定性;同时悬架系统变化为兼具减振与驱动的悬架-轮毂电机系统。轮内减振系统能够有效降低轮毂电机振动水平,但当前尚无将轮内减振以及悬架减振进行结合的研究。作为一个整体系统,悬架的振动控制与轮毂电机的振动控制是相互关联的,这使得亟需一种将轮内减振以及悬架减振作为一个整体进行研究的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法及系统,能够实现悬架减振与轮内减振的协同控制。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法,包括:
获取当前路面的路面输入能量和路面频率指数;
获取当前车速;
执行第一控制参数获取步骤:在参数库中获取与所述当前车速、当前路面输入能量和当前路面频率指数相对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;所述参数库中存储有在不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数,所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数为根据悬架-轮毂电机系统求取的控制参数;
分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振。
可选的,在所述获取当前路面的路面输入能量和路面频率指数之前还包括:
获取当前车辆加速度响应;
将所述当前车辆加速度响应输入路面不平度分类器,得到所述当前车辆加速度响应对应的当前路面输入能量和路面频率指数。
可选的,所述方法还包括:
获取不同路面产生的车辆加速度响应;
以所述车辆加速度响应为样本,以所述车辆加速度对应的路面输入能量和路面频率指数为标签,训练路面不平度分类器。
可选的,所述方法还包括:
根据悬架-轮毂电机系统动力学模型,确定以路面参数为输入,以簧载质量加速度响应为输出的系统传递函数,记为第一目标函数;确定以路面参数为输入,以轮胎变形量为输出的系统传递函数,记为第二目标函数;确定以路面参数为输入,以轮毂电机定子加速度响应为输出的系统传递函数,记为第三目标函数;所述路面参数包括路面的路面输入能量和路面频率指数;
根据J=ω1J12J23J3确定总目标函数J,其中,ω1为第一权重,ω2为第二权重,ω3为第三权重,J1为第一目标函数,J2为第二目标函数,J3为第三目标函数,ω123=1,所述总目标函数中的变量包括路面输入能量、路面频率指数、车速、轮内减振器控制参数和悬架减振器控制参数;
执行第一获取设定参数步骤:获取设定路面输入能量、设定路面频率指数和设定车速;
根据所述设定路面输入能量和所述设定路面频率指数确定第一权重、第二权重、第三权重;
求解所述总目标函数最优时,对应的轮内减振器控制参数的最优值和悬架减振器控制参数的最优值,分别记为轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;跳转至执行第一获取设定参数步骤,得到不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数。
可选的,所述方法还包括:
构建所述总目标函数后,将第二权重设置为1,第一权重和第三权重设置为0;
执行第二获取设定参数步骤:获取设定路面输入能量、设定路面频率指数和设定车速;
求解所述总目标函数最优时,对应的轮内减振器控制参数的最优值和悬架减振器控制参数的最优值,分别记为轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;跳转至执行第二获取设定参数步骤,得到第二权重为1、在不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数。
可选的,所述方法还包括:
判断当前系统是否处于起步或制动阶段;
如果否,则执行第一控制参数获取步骤;
如果是,则执行第二控制参数获取步骤:在参数库中获取与所述当前车速、当前路面输入能量和路面频率指数以及第二权重为1相对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数,并分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振。
可选的,所述分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振,具体包括:
结合阻尼力约束,确定控制参数对应的可行阻尼力,所述控制参数为阻尼系数;
将所述可行阻尼力输入阻尼力逆向模型,得到阻尼控制信号;
根据阻尼控制信号控制输入减振器的电流。
本发明还提供了一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制系统,包括:
当前路面参数获取模块,用于获取当前路面的路面输入能量和路面频率指数;
当前车速获取模块,用于获取当前车速;
第一控制参数获取模块,用于执行第一控制参数获取步骤:在参数库中获取与所述当前车速、当前路面输入能量和当前路面频率指数相对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;所述参数库中存储有在不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数,所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数为根据悬架-轮毂电机系统求取的控制参数;
减振模块,用于分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振。
可选的,所述系统还包括:
当前车辆加速度响应获取模块,用于获取当前车辆加速度响应;
路面参数识别模块,用于将所述当前车辆加速度响应输入路面不平度分类器,得到所述当前车辆加速度响应对应的当前路面输入能量和路面频率指数。
可选的,所述系统还包括:
判断模块,用于判断当前系统是否处于起步或制动阶段;
第二控制参数获取模块,用于在当前系统处于起步或制动阶段时,执行第二控制参数获取步骤:在参数库中获取与所述当前车速、当前路面输入能量和路面频率指数以及第二权重为1相对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;并分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振;
其中,当所述第二权重为1时,总目标函数为J=ω2J2,其中,ω2为第二权重,J2为第二目标函数;所述第二目标函数为以路面参数为输入,以轮胎变形量为输出的系统传递函数;所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数为J=ω2J2最优时,求解得到的轮内减振器控制参数和悬架减振器控制参数。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:本发明提供的分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法及系统,以悬架-轮毂电机系统整体的动力学模型,确定在不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数,分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振。本发明将悬架和轮毂电机作为一个整体进行研究,使得得到的减振器控制参数更加的可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法流程图;
图2为本发明实施例中分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法总流程图;
图3为本发明实施例中悬架-轮毂电机系统动力学模型示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的第一方面提供了一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法,如图1所示,该方法包括:
步骤101:获取当前路面的路面输入能量和路面频率指数;
步骤102:获取当前车速;
步骤103:在参数库中获取与所述当前车速、当前路面输入能量和当前路面频率指数相对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;所述参数库中存储有在不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数,所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数为根据悬架-轮毂电机系统求取的控制参数;其中,轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数均为阻尼系数;
步骤104:分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振,实现振动抑制。
在上述实施例中,在步骤101之前还可以包括:
获取当前车辆加速度响应;
将所述当前车辆加速度响应输入路面不平度分类器,得到所述当前车辆加速度响应对应的当前路面输入能量和路面频率指数。
在上述实施例中,在步骤103之前还可以包括:
判断当前系统是否处于起步或制动阶段;
如果否,则执行步骤103以及步骤104;
如果是,则在参数库中获取与所述当前车速、当前路面输入能量和路面频率指数以及第二权重为1相对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数,并分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振。其中,当所述第二权重为1时,总目标函数为J=ω2J2,其中,ω2为第二权重,J2为第二目标函数;所述第二目标函数为以路面参数为输入,以轮胎变形量为输出的系统传递函数;所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数为J=ω2J2最优时,求解得到的轮内减振器控制参数和悬架减振器控制参数。在参数库中预先存储有第二权重为1且在不同车速、不同路面输入能量、不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数。
在上述实施例中,步骤104可以包括以下步骤:
结合阻尼力约束,确定最优控制参数对应的可行阻尼力,所述控制参数为阻尼系数;
将所述可行阻尼力输入阻尼力逆向模型,得到阻尼控制信号;
根据阻尼控制信号控制输入减振器的电流。
本发明的总体流程图如图2所示,上述内容为本发明的在线部分的内容,下面以示例的方式对本发明的在线部分内容进行解释说明:
步骤1.首先进行工况判断并采集车辆响应,利用离线训练的路面不平度分类器以及增益库选择控制增益,并输入至自适应控制器之中;
步骤1.1.若系统处于起步(加速踏板踏下)或制动(制动缸压力增加)阶段,则无需考虑路面分类结果,直接将权重ω2=1,并将其对应的控制参数施加于系统之中(这里的制动系统控制信号为常规控制,通过对两个减振器施加的控制,主要目的在于减低车辆车轮动载荷,改善系统纵向动力学特性)。
步骤1.2.若系统处于正常行驶阶段,则将系统响应输入至路面不平度分类器中,计算得到路面等级,根据路面等级以及当前车速,在增益数据库中获取两个减振器的控制参数,进而输入至系统控制器控制减振器(此时对制动系统不进行控制)。
步骤2.控制信号分为两部分,分别控制两个减振器以及控制制动系统。对制动系统的控制为常规控制。对减振器的控制需要首先通过阻尼力约束,以避免计算得到的阻尼力过大/过小/无法实现。通过对于阻尼力的约束,能够确保阻尼力是可实现的。
步骤3.可实现的阻尼力输入至阻尼力逆向模型中。此处的逆向模型指以阻尼力为输入,阻尼器控制信号为输出的系统模型。此部分内容已有成熟技术,可以通过采集阻尼器特性,根据特性曲线拟合、求解获得。
步骤4.将阻尼器控制电流输入至悬架以及轮内减振器,实现阻尼力的变化。这里需要指出的是,控制信号的改变是根据路面条件的变化改变而改变的,因此是一种慢变过程(因为路面的统计特性不会快速变化)。这样的控制方式能够降低阻尼器控制延时、磁滞效应对系统控制性能带来的影响,提升控制效率。为简便起见,可将控制间隔设置为1s。
步骤5.减振器以及制动系统所产生的力、制动力矩将作用于车辆系统,与路面激励共同作用,产生车辆响应,形成闭环。
以下路面不平度分类器的训练以及参数库的建立为本发明的离线部分。
本发明提供的方法还可以包括对路面不平度分类器的训练步骤,具体如下:
获取不同路面产生的车辆加速度响应;以所述车辆加速度响应为样本,以所述车辆加速度对应的路面输入能量和路面频率指数为标签,训练路面不平度分类器。
本发明根据车辆的加速度响应进行路面行驶条件识别(不平度等级,表征为路面输入能量Csp、路面频率指数w),此条件识别为实际行驶过程中从控制参数库中提取控制参数提供依据。识别的流程如下:根据所建立的系统模型,针对不同路面进行多次仿真,获得并存储系统响应(系统非簧载质量加速度
Figure BDA0002359224380000081
)。对所有路面产生的响应,进行时频特性分析(小波包分解),并计算各子信号(时域、频域特征)的统计量(如方差、标准差、峭度等)。将所有路面响应计算的统计量放在一起构成集合,利用特征选择算法选择其中的最优特征(即最能体现各路面区别的响应特征)。对以上最优特征,利用分类算法(如随机森林,概率神经网络等)进行分类训练。此步骤完成后能够得到一个训练完成的路面不平度分类器,在实际车辆应用中,在采集得到系统非簧载质量后,首先进行时频分析,根据最优特征的定义选择最优特征,并将其输入路面不平度分类器,即可得到路面识别结果。相较于现有技术基于摄像头进行的路面识别,本发明更便于实现,传感测试所需的模块更少,更为高效。
本发明提供的方法还可以包括参数库的建立步骤,具体如下:
根据悬架-轮毂电机系统动力学模型,确定以路面参数为输入,以簧载质量加速度响应为输出的系统传递函数,记为第一目标函数;确定以路面参数为输入,以轮胎变形量为输出的系统传递函数,记为第二目标函数;确定以路面参数为输入,以轮毂电机定子加速度响应为输出的系统传递函数,记为第三目标函数;所述路面参数包括路面的路面输入能量和路面频率指数;
根据J=ω1J12J23J3确定总目标函数J,其中,ω1为第一权重,ω2为第二权重,ω3为第三权重,J1为第一目标函数,J2为第二目标函数,J3为第三目标函数,ω123=1,所述总目标函数中的变量包括路面输入能量、路面频率指数、车速、轮内减振器控制参数和悬架减振器控制参数;
执行第一获取设定参数步骤:获取设定路面输入能量、设定路面频率指数和设定车速;
根据所述设定路面输入能量和所述设定路面频率指数确定第一权重、第二权重、第三权重;
求解所述总目标函数最优时,对应的轮内减振器控制参数的最优值和悬架减振器控制参数的最优值,分别记为轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;跳转至执行第一获取设定参数步骤,得到不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数。
此外,本发明数据库的建立过程中,还在第二权重设置为1,第一权重和第三权重设置为0的情况下,确定了不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数。具体包括:
将第二权重设置为1,第一权重和第三权重设置为0:
执行第二获取设定参数步骤:获取设定路面输入能量、设定路面频率指数和设定车速;
求解所述总目标函数最优时,对应的轮内减振器控制参数的最优值和悬架减振器控制参数的最优值,分别记为轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;跳转至执行第二获取设定参数步骤,得到第二权重为1、在不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数。
下面以示例的方式对本发明中参数库中最优控制参数的计算过程进行解释说明:
首先进行路面等级(路面不平度统计特性)定义,定义式为
Cq(n)=Cspn-w
其中Csp以及w分别为激励能量以及路面频率指数。通过定义以上两个参数,可以区分不同路面的不平度特性(可以是任何路面条件)。
首先定义悬架-轮毂电机系统动力学模型如图3所示。
Figure BDA0002359224380000101
Figure BDA0002359224380000102
Figure BDA0002359224380000103
Figure BDA0002359224380000104
Figure BDA0002359224380000105
Figure BDA0002359224380000106
Figure BDA0002359224380000108
其中,mb为簧载质量,ms1为转向节、车轮质量,ms为电机定子质量,mr为转子、制动盘质量,ks为悬架刚度,kt为车轮刚度,kd为吸振器刚度,Cs为悬架阻尼系数,kb为轴承刚度,cd为吸振器阻尼系数,Fd为电磁不平衡扰动力。
上式中,本发明将主要针对悬架阻尼系数cs、轮毂电机内减振系统阻尼系数cd进行控制。
对上述公式,可以列举以路面输入xz为输入,表征系统平顺性的响应簧载质量加速度
Figure BDA0002359224380000109
表征操纵稳定性的轮胎变形量xs1-xz以及表征轮毂电机振动情况的定子加速度
Figure BDA00023592243800001010
为输出的系统传递函数。对于平稳输入系统,系统的输出功率谱可以用解析表达式进行表示,且其为车速v、路面输入能量Csp、路面频率指数w、系统悬架控制参数cs、轮毂电机内减振系统阻尼系数cd的函数(共5个变量)。
PSDy=f(v,Csp,w,cs,cd)
在这里,本算例定义簧载质量加速度响应
Figure BDA00023592243800001011
为目标函数1,即J1,其对应控制权重为ω1;定义轮胎变形xs1-xz为目标函数2,即J2,其对应控制权重为ω2;定义
Figure BDA00023592243800001012
为目标函数3,即J3,其对应控制权重为ω3。根据以上定义,定义系统总目标函数为J,系统控制权重阵为[ω1 ω2 ω3]。即J=ω1J12J23J3。在开始时本算例已定义路面参数(路面输入能量Csp、路面频率指数w),对于任意给定的路面条件,对于公式,系统为车速v、系统悬架控制参数cs、轮毂电机内减振系统阻尼系数cd的函数。车速在后续可通过车载总线获得,因而,此时对系统目标函数J的优化变为优化悬架控制参数cs、轮毂电机内减振系统阻尼系数cd。通过上述方式,本算例实现了仅以控制参数为变量的目标函数解析表达。对这种目标函数,本算例直接使用非支配最优方法进行求解(可以是任何方法,如NSGA等),可获得系统的Pareto前沿曲线,即以三个目标函数为坐标轴的一条性能曲线。根据不同路面条件,可以对权重[ω1 ω2 ω3]进行定义,进而获得控制参数值。本发明权重分配的原则为:良好路面条件下侧重改善系统平顺性,恶劣路面下侧重改善系统操纵稳定性以及轮毂电机定子加速度,提高操纵稳定性以及改善轮毂电机振动条件;在车辆加速以及制动时,侧重操纵稳定性(以获得足够的纵向轮胎力)。针对不同路面、不同车速,多次求解目标函数J,获得控制参数库。
本发明的第二方面提供了一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制系统,该系统包括:
当前路面参数获取模块,用于获取当前路面的路面输入能量和路面频率指数;
当前车速获取模块,用于获取当前车速;
第一控制参数获取模块,用于执行第一控制参数获取步骤:在参数库中获取与所述当前车速、当前路面输入能量和当前路面频率指数相对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;所述参数库中存储有在不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数,所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数为根据悬架-轮毂电机系统求取的控制参数;
减振模块,用于分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振。
在上述实施例中,本发明提供的系统还包括:
当前车辆加速度响应获取模块,用于获取当前车辆加速度响应;
路面参数识别模块,用于将所述当前车辆加速度响应输入路面不平度分类器,得到所述当前车辆加速度响应对应的当前路面输入能量和路面频率指数。
在上述实施例中,本发明提供的系统还包括:
判断模块,用于判断当前系统是否处于起步或制动阶段;
第二控制参数获取模块,用于在当前系统处于起步或制动阶段时,执行第二控制参数获取步骤:在参数库中获取与所述当前车速、当前路面输入能量和路面频率指数以及第二权重为1相对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;并分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振。
本发明提供的分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法及系统,以悬架-轮毂电机系统整体的动力学模型,确定在不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数,分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振。本发明将悬架和轮毂电机作为一个整体进行研究,使得得到的减振器控制参数更加的可靠。此外,本发明在路面识别时,识别的是路面的统计特征,利用统计特征进行悬架-轮毂电机系统慢变控制,相较于现有技术基于摄像头进行的路面识别,更便于实现,且传感测试所需的模块更少,更为高效。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法,其特征在于,包括:
获取当前路面的路面输入能量和路面频率指数;
获取当前车速;
执行第一控制参数获取步骤:在参数库中获取与所述当前车速、当前路面输入能量和当前路面频率指数相对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;所述参数库中存储有在不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数,所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数为根据悬架-轮毂电机系统求取的控制参数;
分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振;
所述方法还包括:
根据悬架-轮毂电机系统动力学模型
Figure FDA0003072544740000011
Figure FDA0003072544740000012
Figure FDA0003072544740000013
Figure FDA0003072544740000014
确定以路面参数为输入,以簧载质量加速度响应
Figure FDA0003072544740000015
为输出的系统传递函数,记为第一目标函数;确定以路面参数为输入,以轮胎变形量xs1-xz为输出的系统传递函数,记为第二目标函数;确定以路面参数为输入,以轮毂电机定子加速度响应
Figure FDA0003072544740000016
为输出的系统传递函数,记为第三目标函数;所述路面参数包括路面的路面输入能量和路面频率指数;其中,mb为簧载质量,ms为电机定子质量,mr为转子和制动盘质量,ms1为转向节和车轮质量,ks为悬架刚度,kt为车轮刚度,kd为吸振器刚度,kb为轴承刚度,cs为悬架阻尼系数,cd为吸振器阻尼系数,Fd为电磁不平衡扰动力,
Figure FDA0003072544740000017
为定子加速度,
Figure FDA0003072544740000018
为定子速度,xs为定子垂向位移,
Figure FDA0003072544740000019
为簧载质量速度响应,xb为簧载质量垂向位移,xz为路面输入;
根据J=ω1J12J23J3确定总目标函数J,其中,ω1为第一权重,ω2为第二权重,ω3为第三权重,J1为第一目标函数,J2为第二目标函数,J3为第三目标函数,ω123=1,所述总目标函数中的变量包括路面输入能量、路面频率指数、车速、轮内减振器控制参数和悬架减振器控制参数;
执行第一获取设定参数步骤:获取设定路面输入能量、设定路面频率指数和设定车速;
根据所述设定路面输入能量和所述设定路面频率指数确定第一权重、第二权重、第三权重;
求解所述总目标函数最优时,对应的轮内减振器控制参数的最优值和悬架减振器控制参数的最优值,分别记为轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;跳转至执行第一获取设定参数步骤,得到不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;
所述方法还包括:
构建所述总目标函数后,将第二权重设置为1,第一权重和第三权重设置为0;
执行第二获取设定参数步骤:获取设定路面输入能量、设定路面频率指数和设定车速;
求解所述总目标函数最优时,对应的轮内减振器控制参数的最优值和悬架减振器控制参数的最优值,分别记为轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;跳转至执行第二获取设定参数步骤,得到第二权重为1、在不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;
所述方法还包括:
判断当前系统是否处于起步或制动阶段;
如果否,则执行第一控制参数获取步骤;
如果是,则执行第二控制参数获取步骤:在参数库中获取与所述当前车速、当前路面输入能量和路面频率指数以及第二权重为1相对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数,并分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振。
2.根据权利要求1所述的分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法,其特征在于,在所述获取当前路面的路面输入能量和路面频率指数之前还包括:
获取当前车辆加速度响应;
将所述当前车辆加速度响应输入路面不平度分类器,得到所述当前车辆加速度响应对应的当前路面输入能量和路面频率指数。
3.根据权利要求2所述的分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法,其特征在于,所述方法还包括:
获取不同路面产生的车辆加速度响应;
以所述车辆加速度响应为样本,以所述车辆加速度对应的路面输入能量和路面频率指数为标签,训练路面不平度分类器。
4.根据权利要求1所述的分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法,其特征在于,所述分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振,具体包括:
结合阻尼力约束,确定控制参数对应的可行阻尼力,所述控制参数为阻尼系数;
将所述可行阻尼力输入阻尼力逆向模型,得到阻尼控制信号;
根据阻尼控制信号控制输入减振器的电流。
5.一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制系统,其特征在于,包括:
当前路面参数获取模块,用于获取当前路面的路面输入能量和路面频率指数;
当前车速获取模块,用于获取当前车速;
第一控制参数获取模块,用于执行第一控制参数获取步骤:在参数库中获取与所述当前车速、当前路面输入能量和当前路面频率指数相对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;所述参数库中存储有在不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数,所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数为根据悬架-轮毂电机系统求取的控制参数;
减振模块,用于分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振;
所述系统还包括:
子目标函数确定模块,用于根据悬架-轮毂电机系统动力学模型
Figure FDA0003072544740000041
Figure FDA0003072544740000042
Figure FDA0003072544740000043
Figure FDA0003072544740000044
确定以路面参数为输入,以簧载质量加速度响应
Figure FDA0003072544740000045
为输出的系统传递函数,记为第一目标函数;确定以路面参数为输入,以轮胎变形量xs1-xz为输出的系统传递函数,记为第二目标函数;确定以路面参数为输入,以轮毂电机定子加速度响应
Figure FDA0003072544740000046
为输出的系统传递函数,记为第三目标函数;所述路面参数包括路面的路面输入能量和路面频率指数;其中,mb为簧载质量,ms为电机定子质量,mr为转子和制动盘质量,ms1为转向节和车轮质量,ks为悬架刚度,kt为车轮刚度,kd为吸振器刚度,kb为轴承刚度,cs为悬架阻尼系数,cd为吸振器阻尼系数,Fd为电磁不平衡扰动力,
Figure FDA0003072544740000047
为定子加速度,
Figure FDA0003072544740000048
为定子速度,xs为定子垂向位移,
Figure FDA0003072544740000049
为簧载质量速度响应,xb为簧载质量垂向位移,xz为路面输入;
总目标函数确定模块,用于根据J=ω1J12J23J3确定总目标函数J,其中,ω1为第一权重,ω2为第二权重,ω3为第三权重,J1为第一目标函数,J2为第二目标函数,J3为第三目标函数,ω123=1,所述总目标函数中的变量包括路面输入能量、路面频率指数、车速、轮内减振器控制参数和悬架减振器控制参数;
第一执行模块,用于执行第一获取设定参数步骤:获取设定路面输入能量、设定路面频率指数和设定车速;根据所述设定路面输入能量和所述设定路面频率指数确定第一权重、第二权重、第三权重;求解所述总目标函数最优时,对应的轮内减振器控制参数的最优值和悬架减振器控制参数的最优值,分别记为轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;得到不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;
所述系统还包括:
第二执行模块,用于构建所述总目标函数后,将第二权重设置为1,第一权重和第三权重设置为0;执行第二获取设定参数步骤:获取设定路面输入能量、设定路面频率指数和设定车速;求解所述总目标函数最优时,对应的轮内减振器控制参数的最优值和悬架减振器控制参数的最优值,分别记为轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;得到第二权重为1、在不同车速、不同路面输入能量和不同路面频率指数下对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;
所述系统还包括:
判断模块,用于判断当前系统是否处于起步或制动阶段;
第二控制参数获取模块,用于在当前系统处于起步或制动阶段时,执行第二控制参数获取步骤:在参数库中获取与所述当前车速、当前路面输入能量和路面频率指数以及第二权重为1相对应的轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数;并分别根据所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数控制轮内减振器和悬架减振器减振;
其中,当所述第二权重为1时,总目标函数为J=ω2J2,其中,ω2为第二权重,J2为第二目标函数;所述第二目标函数为以路面参数为输入,以轮胎变形量为输出的系统传递函数;所述轮内减振器最优控制参数和悬架减振器最优控制参数为J=ω2J2最优时,求解得到的轮内减振器控制参数和悬架减振器控制参数。
6.根据权利要求5所述的分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制系统,其特征在于,所述系统还包括:
当前车辆加速度响应获取模块,用于获取当前车辆加速度响应;
路面参数识别模块,用于将所述当前车辆加速度响应输入路面不平度分类器,得到所述当前车辆加速度响应对应的当前路面输入能量和路面频率指数。
CN202010016890.0A 2020-01-08 2020-01-08 一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法及系统 Active CN111137093B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010016890.0A CN111137093B (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010016890.0A CN111137093B (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111137093A CN111137093A (zh) 2020-05-12
CN111137093B true CN111137093B (zh) 2021-06-29

Family

ID=70523933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010016890.0A Active CN111137093B (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111137093B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113183709B (zh) * 2021-06-04 2022-09-27 合肥工业大学 一种汽车电控悬架预瞄控制方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014008888A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Honda Motor Co Ltd サスペンション制御装置
JP2015104966A (ja) * 2013-11-29 2015-06-08 トヨタ自動車株式会社 車両のサスペンション装置
CN106926660A (zh) * 2017-03-06 2017-07-07 江苏大学 一种基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统及其控制方法
CN107977497A (zh) * 2017-11-23 2018-05-01 吉林大学 一种电动轮轮内减振系统参数优化方法
CN108804814A (zh) * 2018-06-08 2018-11-13 吉林大学 一种提取路面谱参数的方法
CN109063372A (zh) * 2018-08-27 2018-12-21 山东理工大学 一种轮毂驱动电动汽车悬架系统与减振元件参数匹配优化设计方法
CN109311363A (zh) * 2016-08-25 2019-02-05 大众汽车有限公司 用于控制车轮悬架的减振器的方法
CN109552312A (zh) * 2018-11-14 2019-04-02 吉林大学 车辆稳定性模型预测控制方法
CN110267832A (zh) * 2017-02-24 2019-09-20 日立汽车系统株式会社 车辆变动控制装置
CN110362863A (zh) * 2019-06-11 2019-10-22 南昌大学 一种轮毂电机车轮减振系统参数优化匹配方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014008888A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Honda Motor Co Ltd サスペンション制御装置
JP2015104966A (ja) * 2013-11-29 2015-06-08 トヨタ自動車株式会社 車両のサスペンション装置
CN109311363A (zh) * 2016-08-25 2019-02-05 大众汽车有限公司 用于控制车轮悬架的减振器的方法
CN110267832A (zh) * 2017-02-24 2019-09-20 日立汽车系统株式会社 车辆变动控制装置
CN106926660A (zh) * 2017-03-06 2017-07-07 江苏大学 一种基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统及其控制方法
CN107977497A (zh) * 2017-11-23 2018-05-01 吉林大学 一种电动轮轮内减振系统参数优化方法
CN108804814A (zh) * 2018-06-08 2018-11-13 吉林大学 一种提取路面谱参数的方法
CN109063372A (zh) * 2018-08-27 2018-12-21 山东理工大学 一种轮毂驱动电动汽车悬架系统与减振元件参数匹配优化设计方法
CN109552312A (zh) * 2018-11-14 2019-04-02 吉林大学 车辆稳定性模型预测控制方法
CN110362863A (zh) * 2019-06-11 2019-10-22 南昌大学 一种轮毂电机车轮减振系统参数优化匹配方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于路面识别的车辆半主动悬架控制;秦也辰 等;《东北大学学报(自然科学版)》;20160831;第37卷(第8期);1138-1143 *
基于路面识别的车辆半主动悬架控制研究;秦也辰;《工程特辑II》;20160115(第1期);55-105 *
基于车辆悬架振动响应的地面分类研究;赵凯 等;《北京理工大学学报》;20180228;第38卷(第2期);153-159 *
轮毂驱动电动汽车垂向振动抑制研究;董明明 等;《2018中国汽车工程学会年会论文集》;20181106;383-389 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111137093A (zh) 2020-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107791773B (zh) 一种基于规定性能函数的整车主动悬架系统振动控制方法
CN108891220B (zh) 一种车辆半主动悬架系统的天棚控制改进方法
CN109334378B (zh) 一种基于单神经元pid控制的车辆isd悬架主动控制方法
CN108216363B (zh) 一种电动轮汽车底盘集成系统的多学科优化方法
CN110210074B (zh) 一种利用液阻悬置的整车平顺性优化方法
CN102582389B (zh) 一种基于虚拟阻尼的车辆悬架控制方法
CN102501737B (zh) 一种车辆半主动悬架系统智能粒子群模糊混合控制方法
Liu et al. Modeling and simulation of energy-regenerative active suspension based on BP neural network PID control
CN113352832A (zh) 一种基于路面等级识别的多目标动态最优主动悬架控制方法
JP4609767B2 (ja) システムの最適制御方法
WO2023174327A1 (zh) 一种协同控制模块、自适应巡航系统及其控制方法、交通工具
CN113569340A (zh) 面向整车振动抑制的磁流变悬置时频特征多目标优化方法
CN111137093B (zh) 一种分布式驱动车辆悬架轮毂电机系统控制方法及系统
CN114683795B (zh) 一种路面自适应半主动悬架控制方法和系统
CN113147307A (zh) 基于参考模型的主动悬架反演控制方法
CN113591360B (zh) 基于整车动力学模型的磁流变阻尼器结构参数优化方法
CN114590090A (zh) 基于自适应lqr轮毂直驱半主动悬架控制系统构造方法
Beauduin et al. Control-oriented modelling and experimental modal analysis of electric vehicles with geared In-Wheel motors
CN113761768A (zh) 面向整车振动抑制的磁流变阻尼器一体化优化设计方法
Kanchwala et al. Pitch reduction and traction enhancement of an EV by real-time brake biasing and in-wheel motor torque control
KR20230138097A (ko) 차량의 구동력 제어 방법
CN109878348B (zh) 一种用于前后轴分布式驱动电动车的运动控制系统及方法
Liu et al. Study of ride comfort of active suspension based on model reference neural network control system
Chen et al. Study on control of an two hub-motor electric vehicle
Liu et al. Multi-Objective Control of Dynamic Chassis Considering Road Roughness Class Recognition

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant