CN113212413A - 集成式底盘域协调控制系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成式底盘域协调控制系统及车辆，包括底盘域控制器、传感器模块、横向执行机构、垂向执行机构、纵向执行机构和整车端网关；底盘域控制器用于发布指令控制车辆横向、垂向以及纵向姿态调整；底盘域控制器与整车端网关连接，传感器模块用于检测整车状态以及用于估算整车运动状态；横向执行机构用于将底盘域控制器的角度信号或力矩信号转变为车轮转动角度，实现车辆横向姿态控制；垂向执行机构用于将底盘域控制器发出的阻尼调整指令和车身高度调整指令转换为车辆垂向姿态变化；纵向执行机构用于执行底盘域控制器发出的制动指令，实现车辆纵向姿态调整。本发明能够提升整车运行安全性、舒适性以及可操控性。

Description

集成式底盘域协调控制系统及车辆
技术领域
本发明属于汽车控制器技术领域，具体涉及一种集成式底盘域协调控制系统及车辆。
背景技术
随着IT技术融入汽车行业，汽车已不再是单纯的交通工具，而是慢慢发展为一种新的移动互联端。技术赋予汽车的功能越来越多，大众对汽车的期望也越来越高，如功能更加丰富、迭代更加迅速、驾驶更加安全舒适、价格更加亲和等。
这一系列的需求催生了汽车电子电气架构翻天覆地的变化，从分布式控制模式（一个控制器控制一个执行器实现一类功能）向集成式控制模式（一个域控制器控制多个执行机构实现多类功能）发展。这一变化不仅实现了功能的丰富化、快速迭代、敏捷开发，还带来了成本的降低。
鉴于此，行业内通过将车辆纵向横向控制功能集成化、标准化、平台化，提高了整车控制指令的执行速率和整车信息的安全性，降低了整车成本。如专利文献CN109318834A公开的一种动力底盘域控制架构及汽车，该发明提供了一种动力底盘域控制器，用于根据接收到的请求指令生成控制指令，至少一个动力域执行装置和至少一个底盘域执行装置，分别通过可变速率的控制器局域网总线与所述动力底盘域控制器连接，用于根据接收到的动力底盘域控制器发送的控制指令执行相应的操作，调整汽车的状态。这只是一种单纯将功能集成在一个控制器上，且只集成了车辆纵向横向控制，并不能实现车辆垂向姿态调整。又如专利文献CN110901561A公开的汽车的底盘域控制器、系统及方法，其中，底盘域控制器用于获取汽车的多个传感器检测的汽车状态参数，并根据汽车状态参数生成控制指令，以及将汽车状态参数和控制指令发送给与传感器连接的功能控制单元中对应的各电子控制单元，以对汽车的状态进行调整。该发明提供了一种底盘域仲裁控制器，用于接收传感器数据，并发布垂向、横向以及纵向控制器所需的指令，从而实现控制器计算资源合理贡献，避免各控制器各自计算，但并未达到协调控制底盘姿态的功能。
因此，有必要开发一种新的集成式底盘域协调控制系统及车辆。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成式底盘域协调控制系统及车辆，能协调控制车辆横向、垂向以及纵向姿态，以提升整车运行安全性、舒适性以及可操控性。
第一方面，本发明所述的一种集成式底盘域协调控制系统，包括底盘域控制器、传感器模块、横向执行机构、垂向执行机构、纵向执行机构和整车端网关；
所述底盘域控制器分别与横向执行机构、垂向执行机构和纵向执行机构连接，用于发布指令控制车辆横向、垂向以及纵向姿态调整；
所述底盘域控制器与整车端网关连接，用于底盘域控制器与整车其他控制器信号互通；
所述传感器模块与底盘域控制器连接，用于检测整车状态以及用于估算整车运动状态；
所述横向执行机构用于将底盘域控制器的角度信号或力矩信号转变为车轮转动角度，实现车辆横向姿态控制；
所述垂向执行机构用于将底盘域控制器发出的阻尼调整指令和车身高度调整指令转换为车辆垂向姿态变化；
所述纵向执行机构用于执行底盘域控制器发出的制动指令，实现车辆纵向姿态调整。
可选地，所述底盘域控制器包括垂向控制模块、横向控制模块、纵向控制模块、多系统协同控制模块、状态估算模块和服务模块；
所述垂向控制模块用于控制垂向执行机构，调整车辆垂向姿态；
所述横向控制模块用于控制横向执行机构，调整车辆横向姿态；
所述纵向控制模块用于控制纵向执行机构，调整车辆纵向姿态；
所述多系统协同控制模块用于协调控制垂向执行机构、横向执行机构和纵向执行机构；
所述状态估算模块用于通过服务模块中传感器数据以及整车摄像头、雷达数据估算整车运动状态和路面情况，给予底盘域控制器提前或纠正控制车辆姿态。
可选地，所述状态估算模块用于实时采集整车CAN信号、车身高度传感器信号和车身加速度传感器信号，并基于所采集的信息实时计算出车身姿态参数。
可选地，所述多系统协同控制模块根据状态估算模块的计算结果，结合姿态优化控制逻辑，协调控制减振器阻尼、弹簧刚度、助力大小和制动加速度，使车身的稳定性在失稳边界内。
可选地，所述垂向执行机构由连续可调阻尼减振器、空气弹簧、气压分配阀、气泵、储气罐、管路和继电器组成；所述继电器控制气泵产生压力气体储存于储气罐中，气压分配阀用于分配空气弹簧中的气体体积，实现车辆垂向位移姿态，所述连续可调阻尼减振器控制车辆垂向阻尼变化。
可选地，所述横向执行机构由转向阻力电机、转向柱和转向器组成，所述转向阻力电机接受底盘域控制器的电流控制指令，在转向柱或转向器上产生横向控制助力，控制轮胎的转角，从而控制车辆横向姿态。
可选地，所述纵向执行机构由电机、储油装置和卡钳组成，所述电机接受底盘域控制器的电流控制指令，控制储油装置产生油压，从而控制卡钳的开合程度，以达到控制车辆纵向姿态。
可选地，所述传感器模块包括高度传感器、加速度传感器、轮速传感器、位移传感器和胎压传感器。
第二方面，本发明所述的车辆，采用如本发明所述的集成式底盘域协调控制系统。
本发明具有以下优点：本系统包括底盘域控制器、传感器、横向执行机构、垂向执行机构、纵向执行机构和整车端网关，其中底盘域控制器集成了横向、垂向以及纵向控制，并通过传感器数据估算整车状态，协调控制车辆横向、垂向以及纵向姿态，提升了整车运行安全性、舒适性、可操控性。比如：当路面湿滑时，状态估算模块通过传感器数据估算路面附着系数、轮胎滑移率、车身横摆角速度，判断车辆失稳边界，多系统协同控制模块通过协调控制减振器阻尼、制动加速度、转向助力，能够避免车辆发生侧滑失控，提高车辆运行安全性。当路面颠簸时，状态估算模块通过传感器数据估算到路面颠簸情况，多系统协同控制模块通过提前控制后轴减振器阻尼、弹簧刚度，提升后轴的通过舒适性，提高了乘员的乘坐体验感。当在高速行驶工况时，状态估算模块通过传感器数据估算路面附着系数、轮胎滑移率，判断车辆运行工况，降低车身高度，降低转向助力，达到高速行驶的车身稳定性和加强操控手感。
附图说明
图1为本实施例的系统框架图；
图2为本实施例中底盘域控制器的框架图；
图3为本实施例的原理图；
图4为本实施例中垂向执行机构的框架图；
图5为本实施例中横向执行机构的框架图；
图6为本实施例中纵向执行机构的框架图；
图中：1-整车端网关，11-垂向控制模块，12-横向控制模块，13-纵向控制模块，14-多系统协同控制模块，15-状态估算模块，16-服务模块，2-底盘域控制器，3-传感器模块，4-垂向执行机构，41-气泵，42-储气罐，43-继电器，44-管路，45-空气弹簧，46-连续可调阻尼减振器，5-横向执行机构，51-转向助力电机，52-转向器，53-转向柱，6-纵向执行机构，61-电机，62-储油装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种集成式底盘域协调控制系统，包括底盘域控制器2、传感器模块3、横向执行机构5、垂向执行机构4、纵向执行机构6和整车端网关1。所述底盘域控制器2分别与横向执行机构5、垂向执行机构4和纵向执行机构6连接，用于发布指令控制车辆横向、垂向以及纵向姿态调整。所述底盘域控制器2与整车端网关1连接，用于底盘域控制器2与整车其他控制器信号互通。所述传感器模块3与底盘域控制器2连接，该传感器模块3包括高度传感器、加速度传感器、轮速传感器、位移传感器和胎压传感器，用于检测整车状态以及用于估算整车运动状态。所述横向执行机构5用于将底盘域控制器2的角度信号或力矩信号转变为车轮转动角度，实现车辆横向姿态控制。所述垂向执行机构4用于将底盘域控制器2发出的阻尼调整指令和车身高度调整指令转换为车辆垂向姿态变化。所述纵向执行机构6用于执行底盘域控制器2发出的制动指令，实现车辆纵向姿态调整。
如图2所示，本实施例中，所述底盘域控制器2包括垂向控制模块11、横向控制模块12、纵向控制模块13、多系统协同控制模块14、状态估算模块15和服务模块16。垂向控制模块11中集成有电控减振器和空气弹簧等算法模块，用于控制垂向执行机构，调整车辆垂向姿态。横向控制模块12中集成有基础助力、多模式转向等算法，用于控制横向执行机构，调整车辆横向姿态。纵向控制模块13中集成有紧急制动提醒、自动驻车、电子驻车等功能算法，用于控制纵向执行机构，调整车辆纵向姿态。多系统协同控制模块14中集成有复杂路面循迹、空气弹簧、统一横摆运动控制、自适应底盘等功能算法，该多系统协同控制模块14可通过协调控制垂向执行机构、横向执行机构、纵向执行机构。状态估算模块15中集成有坡度、质心侧偏角、轮胎工作点、路面识别和失稳边界识别等功能算法，可通过服务模块16中传感器数据以及整车摄像头、雷达数据估算整车运动状态和路面情况，给予底盘域控制器2提前或纠正控制车辆姿态。
如图3所示，本实施例的工作机理如下：
状态估算模块15实时采集整车CAN信号、车身高度传感器信号和车身加速度传感器信号，根据整车姿态估算算法，实时计算坡度、路面附着系数、失稳边界、质心侧偏角、轮胎工作点、滑移率等车身姿态参数，多系统协同控制模块14根据状态估算模块15的计算结果，结合姿态优化控制逻辑，协调控制减振器阻尼、弹簧刚度、助力大小、制动加速度，最终达到车身的稳定性在失稳边界内，提高操控性及安全性。服务模块16中集成传感器信号集成处理、信息安全、OTA等功能算法，用于系统完成信号处理、版本更新升级。
应用实例一：如遇湿滑路面，状态估算模块15通过传感器数据估算到路面附着系数降低，多系统协同控制模块14通过协调控制垂向执行机构4、横向执行机构5、纵向执行机构6，避免车辆发生侧滑失控，提高车辆运行安全性。
应用实例二：如遇颠簸路面，状态估算模块15通过传感器数据估算到路面颠簸情况，垂向控制模块11通过提前控制后轴的垂向执行机构4的阻尼变化，提升后轴的通过舒适性，提高乘员的乘坐体验感。
如图4所示，本实施例中，所述垂向执行机构4由连续可调阻尼减振器46、空气弹簧45、气压分配阀47、气泵41、储气罐42、管路44和继电器43组成；所述继电器43控制气泵41产生压力气体储存于储气罐42中，气压分配阀47用于分配空气弹簧45中的气体体积，实现车辆垂向位移姿态，所述连续可调阻尼减振器46控制车辆垂向阻尼变化。
如图5所示，本实施例中，所述横向执行机构5由转向阻力电机51、转向柱52和转向器53组成，所述转向阻力电机51接受底盘域控制器2的电流控制指令，在转向柱52或转向器53上产生横向控制助力，控制轮胎的转角，从而控制车辆横向姿态。
如图6所示，本实施例中，所述纵向执行机构6由电机61、储油装置62和卡钳63组成，所述电机61接受底盘域控制器2的电流控制指令，控制储油装置62产生油压，从而控制卡钳63的开合程度，以达到控制车辆纵向姿态。

Claims (9)

1.一种集成式底盘域协调控制系统，其特征在于：包括底盘域控制器（2）、传感器模块（3）、横向执行机构（5）、垂向执行机构（4）、纵向执行机构（6）和整车端网关（1）；
所述底盘域控制器（2）分别与横向执行机构（5）、垂向执行机构（4）和纵向执行机构（6）连接，用于发布指令控制车辆横向、垂向以及纵向姿态调整；
所述底盘域控制器（2）与整车端网关（1）连接，用于底盘域控制器（2）与整车其他控制器信号互通；
所述传感器模块（3）与底盘域控制器（2）连接，用于检测整车状态以及用于估算整车运动状态；
所述横向执行机构（5）用于将底盘域控制器（2）的角度信号或力矩信号转变为车轮转动角度，实现车辆横向姿态控制；
所述垂向执行机构（4）用于将底盘域控制器（2）发出的阻尼调整指令和车身高度调整指令转换为车辆垂向姿态变化；
所述纵向执行机构（6）用于执行底盘域控制器（2）发出的制动指令，实现车辆纵向姿态调整。
2.根据权利要求1所述的集成式底盘域协调控制系统，其特征在于：所述底盘域控制器（2）包括垂向控制模块（11）、横向控制模块（12）、纵向控制模块（13）、多系统协同控制模块（14）、状态估算模块（15）和服务模块（16）；
所述垂向控制模块（11）用于控制垂向执行机构（4），调整车辆垂向姿态；
所述横向控制模块（12）用于控制横向执行机构（5），调整车辆横向姿态；
所述纵向控制模块（13）用于控制纵向执行机构（6），调整车辆纵向姿态；
所述多系统协同控制模块（14）用于协调控制垂向执行机构（4）、横向执行机构（5）和纵向执行机构（6）；
所述状态估算模块（15）用于通过服务模块（16）中传感器数据以及整车摄像头、雷达数据估算整车运动状态和路面情况，给予底盘域控制器（2）提前或纠正控制车辆姿态。
3.根据权利要求2所述的集成式底盘域协调控制系统，其特征在于：所述状态估算模块（15）用于实时采集整车CAN信号、车身高度传感器信号和车身加速度传感器信号，并基于所采集的信息实时计算出车身姿态参数。
4.根据权利要求3所述的集成式底盘域协调控制系统，其特征在于：所述多系统协同控制模块（14）根据状态估算模块（15）的计算结果，结合姿态优化控制逻辑，协调控制减振器阻尼、弹簧刚度、助力大小和制动加速度，使车身的稳定性在失稳边界内。
5.根据权利要求1至4任一所述的集成式底盘域协调控制系统，其特征在于：所述垂向执行机构（4）由连续可调阻尼减振器（46）、空气弹簧（45）、气压分配阀（47）、气泵（41）、储气罐（42）、管路（44）和继电器（43）组成；所述继电器（43）控制气泵（41）产生压力气体储存于储气罐（42）中，气压分配阀（47）用于分配空气弹簧（45）中的气体体积，实现车辆垂向位移姿态，所述连续可调阻尼减振器（46）控制车辆垂向阻尼变化。
6.根据权利要求5所述的集成式底盘域协调控制系统，其特征在于：所述横向执行机构（5）由转向阻力电机（51）、转向柱（52）和转向器（53）组成，所述转向阻力电机（51）接受底盘域控制器（2）的电流控制指令，在转向柱（52）或转向器（53）上产生横向控制助力，控制轮胎的转角，从而控制车辆横向姿态。
7.根据权利要求6所述的集成式底盘域协调控制系统，其特征在于：所述纵向执行机构（6）由电机（61）、储油装置（62）和卡钳（63）组成，所述电机（61）接受底盘域控制器（2）的电流控制指令，控制储油装置（62）产生油压，从而控制卡钳（63）的开合程度，以达到控制车辆纵向姿态。
8.根据权利要求7所述的集成式底盘域协调控制系统，其特征在于：所述传感器模块（3）包括高度传感器、加速度传感器、轮速传感器、位移传感器和胎压传感器。
9.一种车辆，其特征在于：采用如权利要求1至8任一所述的集成式底盘域协调控制系统。
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