CN112721560A - 一种通过电阻调节的高频响底盘防侧翻控制系统以及防侧翻控制方法 - Google Patents

一种通过电阻调节的高频响底盘防侧翻控制系统以及防侧翻控制方法 Download PDF

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Abstract

一种通过电阻调节的高频响底盘防侧翻控制系统以及防侧翻控制方法，属于车辆工程技术领域，系统由减震器、主控单元、传感器和可调负载电阻连接组成，系统科学，控制逻辑清晰，通过齿轮齿条传动机构和电机的配合，通过改变可调电阻数值，分别获得更好的通过性和乘坐舒适性，采用悬架系统减振器通过半主动控制和主动控制相结合的方式，通过改变可调电阻数值，最大限度的保证了汽车不侧翻，适用于各种附着条件路面，尤其对于附着条件较差的路面。

Description

一种通过电阻调节的高频响底盘防侧翻控制系统以及防侧翻 控制方法
技术领域
本发明属于车辆工程技术领域，涉及一种底盘防侧翻系统及控制方法，具体的说是涉及一种通过电阻调节的高频响底盘防侧翻系统以及防侧翻控制方法。
背景技术
车辆在行驶过程中，容易发生侧滑或侧翻。据统计，25％导致严重人员伤亡的交通事故是由侧滑引起的，60％的致命交通事故是因侧面撞击而引起的。目前，汽车通常采用ESP，即电子稳定程序，综合ABS(防抱死制动系统)、BAS(制动辅助系统)、ASR(加速防滑控制系统)三个系统，通过对传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，向ABS、ASR发出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡，尤其在转向过度或转向不足的情形下效果更佳明显。但是ESP只限于在路面附着条件比较好的情况下能可靠稳定的工作，对于附着条件较差的路面，比如冰雪、泥泞等路面，功能则不稳定。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提出一种通过电阻调节的高频响防底盘侧翻系统及防侧翻控制方法，可最大限度的保证地保证汽车不跑偏、不甩尾、不侧翻，适用于各种附着条件路面，尤其对于附着条件较差的路面。
本发明的技术方案：一种通过电阻调节的高频响底盘防侧翻控制系统，其特征在于：所述控制系统由减震器、主控单元、传感器和可调负载电阻连接组成；
所述减震器由壳体、齿轮轴、齿条、轴承座、齿轮、齿轮箱、电机连接构成；所述齿轮轴与齿条啮合连接在所述壳体的内部，所述齿轮箱的输入端通过联轴器与所述齿轮轴传动连接，所述齿轮箱的输出端与电机传动连接，所述减震器的一端通过壳体与轮胎连接，另一端通过齿条与车架连接，所述电机与可调负载电阻连接，通过改变可调负载电阻的阻值调节减震器的电磁阻尼力，通过所述传感器采集车身信号，所述主控单元根据传感器采集的车身信号发出半主动控制或主动控制信号，经过信号放大器传输给电机，通过驱动电机改变动力传输组件的运动状态，实现减震器的伸长或者缩短，以增强汽车运行的稳定性。
所述传感器由侧倾传感器、车速传感器、转向传感器组成，由侧倾传感器采集车身倾斜信号，车速传感器采集车速信号，转向传感器采集汽车转向信号。
所述半主动控制或主动控制是通过调节可调负载电阻的阻值，以改变电机中的电流值，最终对减震器的阻尼力进行调节，以增强汽车运行的稳定性，阻尼力的控制根据以下公式进行
Figure BDA0002897165180000021
其中，F为阻尼力，Kt为直流发电机的转矩常数，Ke为直流发电机的反电动势常数，ω为直流发电机的转速，RL为直流发电机外接可变电阻的等效电阻，Ra为直流发电机电枢的等效电阻，l为齿条齿距。
一种底盘防侧翻控制方法，其特征在于，方法如下：
同一频率下，负载电机的外接电阻阻值越小，减震器阻尼力越大，外接电阻阻值越大，减震器阻尼力越小，实现了减震器阻尼可调节；通过侧倾传感器测量各个轮胎的倾斜角，ECU按照逻辑运算，如果倾斜角大于阈值，高频响防侧翻底盘系统执行如下：
(1)如果倾斜角大于阈值1，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于2，通过减少置于轮胎减震器上的电阻值，使减震器刚度提高，阻止其继续产生向下或向上的位移；
(2)如果倾斜角大于阈值1，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于2，通过给置于低侧轮胎电机施加正向电流，齿条向上运动，实现低侧减震器往上移动，低侧车身向上运动，维持车辆动态平衡；
(3)如果倾斜角大于阈值1，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于2，通过给置于高侧轮胎电机施加反向电流，齿条向下运动，实现高侧减震器往下移动，高侧车身向下运动，维持车辆动态平衡；
(4)侧翻情况不严重时，即侧倾角大于阈值1，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于2；但小于阈值2，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于5时，执行a命令，通过减少置于轮胎减震器上的电阻值，以增大减震器中电机电流值，提升减震器刚度，阻止其进一步产生向下或者向上的位移，直到车身侧倾角小于阈值1；
(5)侧翻情况严重时，即车身侧倾角大于阈值2，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于5时，执行b和c命令，通过升高低侧减震器，降低高侧减震器的方法，降低车身侧倾角，达到车辆动态平衡。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种通过电阻调节的高频响底盘防侧翻控制系统以及防侧翻控制方法，系统由减震器、主控单元、传感器和可调负载电阻连接组成，系统科学，控制逻辑清晰，通过齿轮齿条传动机构和电机的配合，通过改变可调负载电阻数值，分别获得更好的通过性和乘坐舒适性，采用悬架系统减振器通过半主动控制和主动控制相结合的方式，通过改变可调负载电阻数值，最大限度的保证了汽车不侧翻，适用于各种附着条件路面，尤其对于附着条件较差的路面。
附图说明
图1为本发明中各模块组成结构示意图。
图2为本发明控制逻辑示意图。
图3为本发明控制系统结构示意图。
图4为本发明中齿轮齿条传动结构示意图。
图中：减震器1、壳体1a、齿轮轴1b、齿条1c、轴承1d、联轴器1e、齿轮箱1f、电机1g、控制单元2、传感器3、可调负载电阻4。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：
本实施例中侧翻必要条件为：左右侧轴荷比变为无穷大，即其中一侧轮胎全部承受载荷，另一侧轮胎离地，法向支撑力为0N。
如图1-4所示，一种可通过电阻调节的高频响底盘防侧翻系统，包括减震器1、主控单元2、传感器3和可调负载电阻4。
本实施例中减震器1为主要执行部件，其包括齿轮齿条传动部分、齿轮箱1f和电机1g组成。齿轮齿条传动部分包括壳体1a、齿轮轴1b、齿条1c和轴承座1d组成。齿轮齿条的作用一方面是将路面的直线激励通过齿条1c转化为齿轮轴1b的旋转运动，另一方面使用齿轮轴1b传递来自于电机1g的扭矩。齿轮箱1f输入轴与齿轮齿条传动部分采用联轴器1e连接，齿轮箱输出轴与电机1g连接。上述传动过程均可逆。上述减震器一端通过壳体1a与轮胎连接，另一端通过齿条1c与车架连接。
本实施例中，电机1g与可调负载电阻4连接，通过改变可调负载电阻4的阻值调节减震器1的电磁阻尼力。通常情况下，可调负载电阻4阻值越小，减震器1产生的电磁阻尼力越大。这是由于可调负载电阻小，同等情况下电机线圈电流较大，由F＝BIL可知，磁场强度B和L一定，电流I越大，切割磁力线所需的阻力F越大，因此可在齿条端表现出更大的阻尼力。主控单元2，用以接收侧倾传感器3采集的车身倾斜信号，车速传感器3采集的车速信号，转向传感器3采集的汽车转向信号。主控单元2先根据上述信号识别车况，后根据所识别的车况对悬架中的减震器分别进行半主动控制或主动控制，以增强汽车运行的稳定性。根据倾斜角阈值判断识别车况。其中阈值1是指左右轮胎法向支撑力比值大于2；阈值2是指左右轮胎法向支撑力比值大于5。
主控单元2对减震器的半主动控制方法为调节可调负载电阻4的阻值，以改变电机中1g的电流值，最终对减震器1的阻尼力进行调节，并增强汽车运行的稳定性。
控制阻尼力根据以下公式进行
Figure BDA0002897165180000051
其中，F为阻尼力，Kt为直流发电机的转矩常数，Ke为直流发电机的反电动势常数，ω为直流发电机的转速，RL为直流发电机外接可变电阻的等效电阻，Ra为直流发电机电枢的等效电阻，l为齿条齿距。
主控单元2对减震器的主动控制方法为发出主动控制信号，经过信号放大器传输给电机，通过驱动电机改变动力传输组件的运动状态，实现减震器1的伸长或者缩短。
为了验证负载电机的外接电阻对减震器阻尼力的调节，利用加载及测试装置对其进行试验，设定减震器振幅为40mm,分别测得频率为1hz和2hz时在不同外接电阻下的平均阻尼力如下表所示：
表一：振幅为40mm时不同参数下减震器平均阻尼力
Figure BDA0002897165180000052
表一清晰地表明在同一频率下，负载电机的外接电阻阻值越小，减震器阻尼力越大，外接电阻阻值越大，减震器阻尼力越小，实现了减震器阻尼可调节。
通过侧倾传感器测量各个轮胎的倾斜角，ECU按照逻辑控制高频响防侧翻底盘系统执行如下：
(1)如果倾斜角大于阈值1，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于2，通过减少置于轮胎减震器上的电阻值，使减震器刚度提高，阻止其继续产生向下或向上的位移；
(2)如果倾斜角大于阈值1，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于2，通过给置于低侧轮胎电机施加正向电流，齿条向上运动，实现低侧减震器往上移动，低侧车身向上运动，维持车辆动态平衡；
(3)如果倾斜角大于阈值1，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于2，通过给置于高侧轮胎电机施加反向电流，齿条向下运动，实现高侧减震器往下移动，高侧车身向下运动，维持车辆动态平衡；
(4)侧翻情况不严重时，即侧倾角大于阈值1，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于2；但小于阈值2，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于5时，执行a命令，通过减少置于轮胎减震器上的电阻值，以增大减震器中电机电流值，提升减震器刚度，阻止其进一步产生向下或者向上的位移，直到车身侧倾角小于阈值1；
(5)侧翻情况严重时，即车身侧倾角大于阈值2，任意左右轮胎法向支撑力比值大于5时，执行b和c命令，通过升高低侧减震器，降低高侧减震器的方法，降低车身侧倾角，达到车辆动态平衡。

Claims (4)

1.一种通过电阻调节的高频响底盘防侧翻控制系统，其特征在于：所述控制系统由减震器(1)、主控单元(2)、传感器(3)和可调负载电阻(4)连接组成；
所述减震器(1)由壳体(1a)、齿轮轴(1b)、齿条(1c)、轴承座(1d)、变速箱(1f)、电机(1g)连接构成；所述齿轮轴(1b)与齿条(1c)啮合连接在所述壳体(1a)的内部，所述齿轮箱(1f)的输入端通过联轴器(1e)与所述齿轮轴(1b)传动连接，所述齿轮箱(1f)的输出端与电机(1g)传动连接，所述减震器(1)的一端通过壳体(1a)与轮胎连接，另一端通过齿条(1c)与车架连接，所述电机(1g)与可调负载电阻(4)连接，通过改变可调负载电阻(4)的阻值调节减震器(1)的电磁阻尼力，通过所述传感器(3)采集车身信号，所述主控单元(2)根据传感器(3)采集的车身信号发出半主动控制或主动控制信号，经过信号放大器传输给电机(1g)，通过驱动电机(1g)改变动力传输组件的运动状态，实现减震器(1)的伸长或者缩短，以增强汽车运行的稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种通过电阻调节的高频响底盘防侧翻控制系统，其特征在于：所述传感器(3)由侧倾传感器、车速传感器、转向传感器组成，由侧倾传感器采集车身倾斜信号，车速传感器采集车速信号，转向传感器采集汽车转向信号。
3.根据权利要求1所述的一种通过电阻调节的高频响底盘防侧翻控制系统，其特征在于：所述半主动控制或主动控制是通过调节可调负载电阻(4)的阻值，以改变电机中(1g)的电流值，最终对减震器(1)的阻尼力进行调节，以增强汽车运行的稳定性，阻尼力的控制根据以下公式进行
Figure FDA0002897165170000011
其中，F为阻尼力，Kt为直流发电机的转矩常数，Ke为直流发电机的反电动势常数，ω为直流发电机的转速，RL为直流发电机外接可变电阻的等效电阻，Ra为直流发电机电枢的等效电阻，l为齿条齿距。
4.一种底盘防侧翻控制方法，其特征在于，使用权利要求1-3任一项所述的高频响底盘防侧翻控制系统，方法如下：
同一频率下，负载电机的外接电阻阻值越小，减震器阻尼力越大，外接电阻阻值越大，减震器阻尼力越小，实现了减震器阻尼可调节；通过侧倾传感器测量各个轮胎的倾斜角，ECU按照逻辑控制高频响底盘防侧翻系统执行如下：
(1)如果倾斜角大于阈值1，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于2，通过减少置于轮胎减震器上的电阻值，使减震器刚度提高，阻止其继续产生向下或向上的位移；
(2)如果倾斜角大于阈值1，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于2，通过给置于低侧轮胎电机施加正向电流，齿条向上运动，实现低侧减震器往上移动，低侧车身向上运动，维持车辆动态平衡；
(3)如果倾斜角大于阈值1，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于2，通过给置于高侧轮胎电机施加反向电流，齿条向下运动，实现高侧减震器往下移动，高侧车身向下运动，维持车辆动态平衡；
(4)侧翻情况不严重时，即侧倾角大于阈值1，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于2；但小于阈值2，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于5时，执行a命令，通过减少置于轮胎减震器上的电阻值，以增大减震器中电机电流值，提升减震器刚度，阻止其进一步产生向下或者向上的位移，直到车身侧倾角小于阈值1；
(5)侧翻情况严重时，即车身侧倾角大于阈值2，即任意左右轮胎法向支撑力比值大于5时，执行b和c命令，通过升高低侧减震器，降低高侧减震器的方法，降低车身侧倾角，达到车辆动态平衡。
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