CN111994086A - 一种智能线控底盘系统及解耦控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能线控底盘系统及解耦控制方法，包括线控底盘域控制器、线控转向系统、线控制动系统、线控驱动系统、线控悬架系统，通过利用模糊最小二乘支持向量机分析线控底盘系统可逆性，设计线控底盘系统逆系统，基于解耦后的线控底盘伪线性系统设计底盘子系统制动能量回收、制动力分配、前后轴扭矩分配、平顺性和转向稳定性等控制策略，降低了各子系统之间的相互耦合干扰，有利于更好的对各子系统实施相应的解耦控制，解决了线控底盘执行端控制目标不一致而产生冲突的问题。

Description

一种智能线控底盘系统及解耦控制方法

技术领域

本发明属于汽车底盘系统控制技术领域，具体为一种智能线控底盘系统及解耦控制方法。

背景技术

线控化是未来底盘技术的发展趋势，线控底盘系统包括线控转向系统、线控制动系统和线控底盘系统。底盘是一个横向、纵向、垂向多执行机构集成的综合体，相互之间存在复杂的相互耦合影响，为了获得更好的综合性能，需要对各个子系统进行解耦控制。

现有技术中，中国专利《底盘非线性系统模糊神经网络广义逆控制器的构造方法》(CN104049536B)将主动悬架系统与电动助力转向系统构成一个整体形成基于垂向和横向运动的底盘非线性系统；采用模糊神经网络加5个线性环节构造底盘非线性系统的模糊神经网络广义逆；将模糊神经网络广义逆置于底盘非线性系统之前，复合成广义伪线性系统；实现底盘非线性系统的开环解耦控制。中国专利《汽车底盘集成系统广义逆内模控制器及构造方法》(CN103034124B)提供了一种汽车底盘集成系统广义逆内模控制器及构造方法，通过广义逆系统与汽车底盘集成系统串联构成广义伪线性系统，实现汽车底盘集成系统的侧向、纵向以及垂向之间非线性动态解耦控制，使控制系统具有优良的控制品质。

然而，上述技术都是针对传统的底盘系统进行解耦控制。线控底盘系统是对传统底盘转向、制动、驱动等机构进行了革新，取消了多余的机械连接机构，因此在工作原理、结构布置、控制方法上与传统底盘都有极大的区别，不能够直接利用传统底盘的方案。而现有的针对线控底盘系统的控制方法均为非解耦的各个子系统独立控制，尚无相关的解耦控制方案。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种智能线控底盘系统及解耦控制方法，以解决现有技术中线控转向、制动、驱动等子系统单独控制的不足。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种智能线控底盘系统，包括线控底盘域控制器、线控转向系统、线控制动系统、线控驱动系统、线控悬架系统；其中线控转向系统由路感模拟总成、C-EPS和P-EPS双转向执行电机、行星齿轮减速器、齿轮齿条转向器组成；线控制动系统采用高压蓄能器作为恒压源的四轮独立制动形式；线控驱动系统采用四轮独立驱动的分布式轮毂电机形式；线控悬架系统采用磁流变液式半主动悬架形式；线控底盘域控制器采用Infineon-Aurix-TC275处理器，具备8路高速CANFD网络，1路车载以太网络(Ethernet)网接口和车辆状态信息的联网通讯端口。

2、一种线控底盘的解耦控制控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：根据线控底盘系统结构，定义线控底盘系统动力学模型，推导线控底盘状态空间；

其中，线控底盘系统的动力学模型为：

式中，m,m_s,m_f,m_r分别为整车质量、簧载质量、前非簧载质量和后非簧载质量；v_x,β,ω_r,φ_r为纵向速度、质心侧偏角、横摆角速度和侧倾角；

为质心侧偏角速度、横摆角加速度、侧倾角速度和侧倾角加速度；a,b为质心到前、后轴的距离；I_z,I_r,I_xz分别为横摆转动惯量、侧倾转动惯量和侧倾与横摆运动的惯性积；h,k_f,k_r,E_f,E_r分别为侧倾中心高度、前轮侧偏刚度、后轮侧偏刚度、前侧倾转向系数和后侧倾转向系数；δ,δ_d,T_z,T_φ为前轮转向补偿角、方向盘输入的前轮转角、横摆力矩和侧倾力矩；K_φ,D_φ为悬架侧倾刚度系数和阻尼系数；

步骤2：利用模糊最小二乘支持向量机分析线控底盘系统可逆性，设计线控底盘系统逆系统；

其中，线控底盘系统的逆系统数学模型为：

式中，u为线控底盘系统输入变量，x为线控底盘系统的状态变量，v为线控底盘系统逆系统的输出变量，则u可以具体表示为3输入的多变量系统：

线控底盘逆系统可以表示为：

式中，

步骤3：对上述多变量系统进行解耦，将线控底盘逆系统与线控底盘状态空间串联连接，得到输出的线控底盘伪线性系统，具体表示为：

步骤4：基于解耦后的线控底盘伪线性系统设计底盘子系统控制策略，包括但不局限于制动能量回收、制动力分配、前后轴扭矩分配、平顺性、变传动比和转向稳定性控制；

其中，制动能量回收的计算公式为：

式中，δ_r为制动能量回收效率，t0为制动过程初始时刻，t1为制动过程终止时刻，U为电池端电压，I为电池前端母线处的电流,η_c为电池的充电效率；η_dc为电池的放电效率；

其中，制动力分配的计算公式为：

式中，F_μ1为前轴制动力，F_μ2为后轴制动力，G为汽车重力，

为路面附着系数，h_g为车辆质心高度，a为质心到前轴的距离，b为质心到后轴的距离；

其中，变传动比i表示为：

式中，K_u为转向不足系数,

为汽车的横摆角速度增益,K_s为转向轴刚度；

其中，转向稳定性表示为：

式中a_y为质心处侧向加速度，L为轴距，k₁和k₂为侧偏刚度；

此外，平顺性采用车身振动加速度

悬架弹簧动挠度f_d、车轮和路面间相对动载荷F_d/G这三个振动响应量表示；前后轴扭矩分配采用基于路面附着系数

的平均分配策略；

步骤5：在步骤4的基础上，进行线控转向、制线控动、线控悬架、线控驱动等子系统协同优化，基于(dSPACE)实时仿真机，将线控底盘域控制器与dSPACE通过CAN FD总线建立数据连接，通过ControlDesk上位机软件控制硬件在环试验流程，验证控制策略的有效性。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提出的智能线控底盘系统及解耦控制方法，考虑外界干扰和底盘各子系统之间的相互干扰作用，将底盘的集成系统解耦成相互独立的子系统，降低了各子系统之间的相互耦合干扰，有利于更好的对各子系统实施相应的解耦控制，解决了线控底盘执行端控制目标不一致而产生冲突的问题。

2、本发明解耦后的控制方案，能使装配智能线控底盘车辆获得更好的跟踪性能，且响应速度快，鲁棒性能好。

3、本发明打破了现有分布式驱动汽车对转向系统诸多硬件和属性的限制，通过自由设计系统的动力学特性进一步实现线控底盘系统的主动化和智能化。

附图说明

图1智能线控底盘系统的结构图；

图2智能线控底盘系统的解耦控制方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种智能线控底盘系统，包括线控底盘域控制器、线控转向系统、线控制动系统、线控驱动系统、线控悬架系统；其中线控转向系统由路感模拟总成、C-EPS和P-EPS双转向执行电机、行星齿轮减速器、齿轮齿条转向器组成；线控制动系统采用高压蓄能器作为恒压源的四轮独立制动形式；线控驱动系统采用四轮独立驱动的分布式轮毂电机形式；线控悬架系统采用磁流变液式半主动悬架形式；线控底盘域控制器采用Infineon-Aurix-TC275处理器，具备8路高速CANFD网络，1路车载Ethernet网接口和车辆状态信息的联网通讯端口。

如图2所示，一种线控底盘的解耦控制控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：根据线控底盘系统结构，定义线控底盘系统动力学模型，推导线控底盘状态空间；

其中，线控底盘系统的动力学模型为：

式中，m,m_s,m_f,m_r分别为整车质量、簧载质量、前非簧载质量和后非簧载质量；v_x,β,ω_r,φ_r为纵向速度、质心侧偏角、横摆角速度和侧倾角；

为质心侧偏角速度、横摆角加速度、侧倾角速度和侧倾角加速度；a,b为质心到前、后轴的距离；I_z,I_r,I_xz分别为横摆转动惯量、侧倾转动惯量和侧倾与横摆运动的惯性积；h,k_f,k_r,E_f,E_r分别为侧倾中心高度、前轮侧偏刚度、后轮侧偏刚度、前侧倾转向系数和后侧倾转向系数；δ,δ_d,T_z,T_φ为前轮转向补偿角、方向盘输入的前轮转角、横摆力矩和侧倾力矩；K_φ,D_φ为悬架侧倾刚度系数和阻尼系数；

步骤2：利用模糊最小二乘支持向量机分析线控底盘系统可逆性，设计线控底盘系统逆系统；

其中，线控底盘系统的逆系统数学模型为：

式中，u为线控底盘系统输入变量，x为线控底盘系统的状态变量，v为线控底盘系统逆系统的输出变量，则u可以具体表示为3输入的多变量系统：

线控底盘逆系统可以表示为：

式中，

步骤3：对上述多变量系统进行解耦，将线控底盘逆系统与线控底盘状态空间串联连接，得到输出的线控底盘伪线性系统，具体表示为：

步骤4：基于解耦后的线控底盘伪线性系统设计底盘子系统控制策略，包括但不局限于制动能量回收、制动力分配、前后轴扭矩分配、平顺性、变传动比和转向稳定性控制；

其中，制动能量回收的计算公式为：

式中，δ_r为制动能量回收效率，t0为制动过程初始时刻，t1为制动过程终止时刻，U为电池端电压，I为电池前端母线处的电流,η_c为电池的充电效率；η_dc为电池的放电效率；

其中，制动力分配的计算公式为：

式中，F_μ1为前轴制动力，F_μ2为后轴制动力，G为汽车重力，

为路面附着系数，h_g为车辆质心高度，a为质心到前轴的距离，b为质心到后轴的距离；

其中，变传动比i表示为：

式中，K_u为转向不足系数,

为汽车的横摆角速度增益,K_s为转向轴刚度；

其中，转向稳定性表示为：

式中a_y为质心处侧向加速度，L为轴距，k₁和k₂为侧偏刚度；

此外，平顺性采用车身振动加速度

悬架弹簧动挠度f_d、车轮和路面间相对动载荷F_d/G这三个振动响应量表示；前后轴扭矩分配采用基于路面附着系数

的平均分配策略；

步骤5：在步骤4的基础上，进行线控转向、制线控动、线控悬架、线控驱动等子系统协同优化，基于(dSPACE)实时仿真机，将线控底盘域控制器与dSPACE通过CAN FD总线建立数据连接，通过ControlDesk上位机软件控制硬件在环试验流程，验证控制策略的有效性。

Claims (2)

1.一种智能线控底盘系统，其特征在于，包括线控底盘域控制器、线控转向系统、线控制动系统、线控驱动系统、线控悬架系统；其中线控转向系统由路感模拟总成、C-EPS和P-EPS双转向执行电机、行星齿轮减速器、齿轮齿条转向器组成；线控制动系统采用高压蓄能器作为恒压源的四轮独立制动形式；线控驱动系统采用四轮独立驱动的分布式轮毂电机形式；线控悬架系统采用磁流变液式半主动悬架形式；线控底盘域控制器采用Infineon-Aurix-TC275处理器，具备8路高速CANFD网络，1路车载以太网络(Ethernet)网接口和车辆状态信息的联网通讯端口。

2.一种线控底盘的解耦控制控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：根据线控底盘系统结构，定义线控底盘系统动力学模型，推导线控底盘状态空间；

其中，线控底盘系统的动力学模型为：

式中，m,m_s,m_f,m_r分别为整车质量、簧载质量、前非簧载质量和后非簧载质量；v_x,β,ω_r,φ_r为纵向速度、质心侧偏角、横摆角速度和侧倾角；

为质心侧偏角速度、横摆角加速度、侧倾角速度和侧倾角加速度；a,b为质心到前、后轴的距离；I_z,I_r,I_xz分别为横摆转动惯量、侧倾转动惯量和侧倾与横摆运动的惯性积；h,k_f,k_r,E_f,E_r分别为侧倾中心高度、前轮侧偏刚度、后轮侧偏刚度、前侧倾转向系数和后侧倾转向系数；δ,δ_d,T_z,T_φ为前轮转向补偿角、方向盘输入的前轮转角、横摆力矩和侧倾力矩；K_φ,D_φ为悬架侧倾刚度系数和阻尼系数；

步骤2：利用模糊最小二乘支持向量机分析线控底盘系统可逆性，设计线控底盘系统逆系统；

其中，线控底盘系统的逆系统数学模型为：

式中，u为线控底盘系统输入变量，x为线控底盘系统的状态变量，v为线控底盘系统逆系统的输出变量，则u可以具体表示为3输入的多变量系统：

线控底盘逆系统可以表示为：

式中，

步骤3：对上述多变量系统进行解耦，将线控底盘逆系统与线控底盘状态空间串联连接，得到输出的线控底盘伪线性系统，具体表示为：

步骤4：基于解耦后的线控底盘伪线性系统设计底盘子系统控制策略，包括但不局限于制动能量回收、制动力分配、前后轴扭矩分配、平顺性、变传动比和转向稳定性控制；

其中，制动能量回收的计算公式为：

式中，δ_r为制动能量回收效率，t0为制动过程初始时刻，t1为制动过程终止时刻，U为电池端电压，I为电池前端母线处的电流,η_c为电池的充电效率；η_dc为电池的放电效率；

其中，制动力分配的计算公式为：

式中，F_μ1为前轴制动力，F_μ2为后轴制动力，G为汽车重力，

为路面附着系数，h_g为车辆质心高度，a为质心到前轴的距离，b为质心到后轴的距离；

其中，变传动比i表示为：

式中，K_u为转向不足系数,

为汽车的横摆角速度增益,K_s为转向轴刚度；

其中，转向稳定性表示为：

式中a_y为质心处侧向加速度，L为轴距，k₁和k₂为侧偏刚度；

此外，平顺性采用车身振动加速度

悬架弹簧动挠度f_d、车轮和路面间相对动载荷F_d/G这三个振动响应量表示；前后轴扭矩分配采用基于路面附着系数

的平均分配策略；

步骤5：在步骤4的基础上，进行线控转向、制线控动、线控悬架、线控驱动等子系统协同优化，基于(dSPACE)实时仿真机，将线控底盘域控制器与dSPACE通过CAN FD总线建立数据连接，通过ControlDesk上位机软件控制硬件在环试验流程，验证控制策略的有效性。

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