CN201901090U

CN201901090U - 一种电动汽车用eps与sas集成控制系统

Info

Publication number: CN201901090U
Application number: CN2010206608874U
Authority: CN
Inventors: 赵景波; 贝绍轶; 张兰春; 冯俊萍; 刘海妹; 周金宇
Original assignee: Jiangsu University of Technology
Current assignee: Jiangsu University of Technology
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2020-12-15

Abstract

本实用新型涉及一种电动汽车用EPS与SAS集成控制系统，其包括：SAS控制系统、EPS控制系统、整车控制单元和协调器；SAS控制系统包括：SAS控制单元和SAS系统；EPS控制系统包括：EPS控制单元和EPS系统；整车控制单元的控制信号输出端与协调器的整车控制信号输入端相连。本实用新型的电动汽车用EPS与SAS集成控制系统，可反映SAS系统、EPS系统、整车系统及其两个子系统之间耦合关系的既相互独立又相互关联的协调关系，此外可反映SAS系统和EPS系统的控制要求，使之既满足两个子系统的控制要求，又兼顾集成控制系统要求的相互耦合与协调关系。

Description

一种电动汽车用EPS与SAS集成控制系统

技术领域

本实用新型涉及电动汽车底盘集成控制的技术领域，具体涉及一种电动汽车用EPS（电动助力转向）与SAS（半主动悬架）集成控制系统。

背景技术

纯电动汽车因其“零排放”的特点，已成为我国新能源汽车的发展方向。随着微处理器技术、自动控制技术和电动机驱动技术的发展，以及汽车电子控制技术的深入研究及其对汽车性能要求的提高，急切需求各类汽车电子控制技术在纯电动汽车底盘中广泛应用，以提高纯电动汽车的动力性、操纵稳定性、轻便性和行驶安全性。

目前，国内外针对EPS与SAS进行了广泛的研究，但是，一方面，上述研究都是针对传统的燃油汽车的，当应用于纯电动汽车时，需要满足纯电动汽车的结构及其功能需要；另一方面，当应用于纯电动汽车时，（1）应加强SAS和EPS两个子系统及其控制的研究，提高各自的控制性能；（2）当两者并存时，两个子系统有不同的评价指标和控制策略，而且其输入输出之间存在涉及人、车、环境等诸多因素的耦合效应，存在两者之间的匹配和协调工作问题。因此，研究电动汽车SAS/EPS集成系统的控制原理及其控制结构，研究各子系统的控制策略及其协调控制问题，在不同车速和侧向加速度情况下，通过对转向力和车身姿态的协调控制，同时提高车辆的操纵稳定性、行驶平顺性和安全性等综合性能，具有重要的工程应用意义。

对于车辆底盘或局部集成控制系统，由于国产车辆车型的实际情况以及车辆使用条件的特殊性，至今还没有与我国车辆相匹配的底盘集成控制系统。对于EPS系统的控制，一方面，EPS系统是一个存在不确定性因素（例如由于温度、湿度变化及老化等引起的系统参数的变化）、未建模动态（例如由于无法得到系统的准确的模型，或者无法使模型精确化；而选择简化处理后的降阶模型，从而导致系统部分动态特性的丢失）和测量噪声（例如转矩传感器、电流传感器测量噪声等）、干扰影响（例如路面高频激励干扰、未知有界扰动等）的复杂非线性动力学系统，运行过程中涉及的因素较多，工况复杂多变，电动汽车转向操纵对助力工况、回正工况和阻尼工况的控制要求较高，传统的控制结构无法兼顾转向过程的多工况特征和协调不同工况下的转向性能要求；另一方面，EPS系统对控制的实时性要求较高，从控制器（或控制结构）的功能及其设计、实现的角度，既要满足多工况下的转向性能要求，又要使控制器的设计尽量简单、容易实现，传统的控制结构难以兼顾两者之间的矛盾；第三，由于EPS系统的复杂环境和控制过程的复杂性，面对的不仅仅是传统控制问题（例如慢变或时变参数情况），而是具有外部突发事件（例如由于发动机转速的变化、启停等导致EPS系统工作的启停等）、故障和监控（例如由于内部故障的发生及消除导致的EPS系统的启停等）、系统动态变化（系统错误、子系统状态改变、传感器和调节器失效、外部干扰和参数变化、运行工况的变化导致控制模式的变迁等）等特征的离散事件和连续动态并存的复杂动态系统，传统的控制结构无法反映EPS系统离散事件和连续动态并存的特征以及离散事件对连续动态行为的影响和多种控制模式的融合与变迁。对于SAS系统的控制，从目前的技术水平来看，在半主动悬架系统的模糊神经网络控制中，由于传感器、控制器、执行器所造成的时滞问题，在车速过快时，难以直接获得路面状态，使得可调阻尼减振器的响应时间滞后于控制器，导致控制的实时性变差，半主动悬架控制系统无法很好地消除外来干扰，影响控制效果。

发明内容

本实用新型的要解决的技术问题是提供一种电动汽车用EPS与SAS集成控制系统，以一方面反映SAS系统、EPS系统、整车系统及其两个子系统之间耦合关系的既相互独立又相互关联的协调关系，另一方面反映SAS系统和EPS系统的控制要求，使之既满足两个子系统的控制要求，又兼顾集成控制系统要求的相互耦合与协调关系。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的车辆半主动悬架的智能控制系统包括：SAS控制系统、EPS控制系统、整车控制单元和协调器；SAS控制系统包括：SAS控制单元和与该SAS控制单元的输出端相连的SAS系统，SAS系统的输出端与协调器的半主动悬架信号输入端相连；EPS控制系统包括：EPS控制单元和与该EPS控制单元的输出端相连的EPS系统，EPS系统的输出端与协调器的电动助力转向信号输入端相连；整车控制单元的控制信号输出端与协调器的整车控制信号输入端相连。

进一步，所述SAS控制单元包括：前、后轮传感器，用于分别根据前、后轮传感器当前采集的路面谱信息而获取路面特征的前、后轮信号处理器、信号预估器、双模糊控制决策器、前悬架阻尼调节器和后悬架阻尼调节器；前、后轮传感器分别与前、后轮信号处理器的传感器信号输入端相连，前轮信号处理器的信号输出端与信号预估器和双模糊控制决策器相连，信号预估器的信号输出端与双模糊控制决策器相连，双模糊控制决策器的前、后悬架控制输出端分别与前悬架阻尼调节器和后悬架阻尼调节器的控制输入端相连;所述双模糊控制决策器与SAS系统相连。

进一步，所述EPS控制单元包括：EPS控制策略执行器、与EPS控制策略执行器相连的控制策略监督器、以及与控制策略监督器相连的稳定性监督器； EPS控制策略执行器与所述EPS系统相连。

本实用新型的积极效果：（1）本实用新型根据电动汽车运动过程中SAS和EPS两个子系统之间的运动耦合关系，设计SAS和EPS集成控制结构，一方面，该集成控制系统构架为反映SAS系统、EPS系统、整车系统及其两个子系统之间耦合关系的既相互独立又相互关联的协调关系；另一方面，针对SAS系统和EPS系统设计相应的SAS控制策略和EPS控制策略，使之既满足两个子系统的控制要求，又兼顾集成控制系统要求的相互耦合与协调关系。集成系统控制结构由SAS控制系统、EPS控制系统、整车系统及其协调器组成；干扰输入作为不可测干扰输入给整车系统；EPS 系统的输入是车速和转向盘转矩及其各种控制信号，SAS 系统的输入是前、后车轮对应处车身垂直加速度及其变化率和各种控制信号，前轮转角输出作为一个外部干扰输入给整车系统；整车系统输出中的车身质心侧偏角、车身侧倾角和横摆角速度可用于操纵稳定性的评价指标。（2）所述SAS控制系统用于解决现有SAS系统控制方法难以解决减振器响应滞后问题的不足，提供一种智能控制策略，消除SAS系统的响应滞后对其控制性能的影响，提高控制的实时性及其抗扰动能力，获得更好的控制效果。本实用新型的SAS系统包括信号处理器、信号预估器、控制决策器、前悬架阻尼调节器和后悬架阻尼调节器等部分，传感器信号经信号处理器和信号预估器处理后，通过控制决策器的控制策略和前悬架阻尼调节器及后悬架阻尼调节器的阻尼调节决策机制后，分别用于前悬架和后悬架的控制。所述控制决策器采用“双模糊控制”策略：对于前悬架的模糊控制，接受前轮传感器信号，通过前悬架阻尼调节器及其阻尼调节决策机制控制前悬架的响应；对于后悬架的模糊控制，接受前轮传感器信号和由信号预估器预估的后轮信号，通过后悬架阻尼调节器及其阻尼调节决策机制，提前做出控制后悬架的响应。并且，所述前悬架阻尼调节器和后悬架阻尼调节器的阻尼调节决策机制具有路面激励识别功能，当路面激励为随机激励时，阻尼调节决策采用连续调节方式，获得连续的执行器输出；当路面激励为脉冲激励时，阻尼调节决策采用分级调节方式，提高系统响应的快速性。（3）所述EPS控制系统用于解决EPS系统的离散事件跃变及其连续动态行为，设计EPS控制策略、控制策略监督器和稳定性监督器，获得比单独采用连续动态系统或离散事件动态系统更好的性能，从而解决传统控制器无法解决的问题。所述“控制策略”为包括离散决策层、连续被控层和介于两者之间的接口转换层的结构。其中，离散决策层用于描述系统控制过程中的离散事件的产生、控制模式的识别和控制策略的选择；连续被控层用于描述系统中连续状态变量的演化过程；接口转换层用于描述信息的抽取过程，完成控制过程中动态行为响应关系的信号表达和处理。（4）本实用新型利用车辆在行驶过程中前轮处的传感器信号及车辆位移等信息预估后轮的控制信号，采用“双模糊控制”策略，对前悬架和后悬架分别设计相应的控制器结构和模糊控制规则，并通过其相应的阻尼调节器及其阻尼调节决策机制用于对前悬架的控制响应，以及提前做出对后悬架的控制响应。该实用新型可较好得解决现有半主动悬架控制方法难以解决减振器响应滞后问题的不足，消除系统的响应滞后对控制性能的影响，提高控制的实时性及其抗扰动能力，改善乘坐舒适性和操纵稳定性。另一方面，EPS系统的控制既有助于分析其控制过程中的连续动态行为，又更加强调和重视控制过程中的离散动态行为对运行、监控和安全可靠性的影响；有利于充分认识系统运行过程中的复杂动力学行为，不仅符合其实际运行工况特征，为设计适合各个工况的控制策略提供依据，而且有助于对运行工况的进一步认识和分解；有助于解决系统控制过程中的多工况、多影响因素引起的非线性控制问题，实时满足系统局部的和整体的控制需求和控制功能，显著提高系统的自适应能力和智能化水平；适应电动汽车对安全、节能、环保的要求。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1 为本实用新型的电动汽车用EPS与SAS集成控制系统的结构框图。

图2 为本实用新型的SAS控制单元的结构示意图。

图3 为图2中的双模糊控制决策器的结构示意图。

图4 为本实用新型的EPS系统的控制结构框图。

图5 为图4中的EPS控制策略执行器的控制策略结构框图。

图6 为图1中的协调器的结构示意图。

图中：1-1--前轮信号处理器，1-2--后轮信号处理器，2--信号预估器，3--双模糊控制决策器，4--前悬架阻尼调节器，5--后悬架阻尼调节器，K₁--前悬架弹簧，C₁--前悬架减振器，K₂--后悬架弹簧，C₂--后悬架减振器， a₁--前轮传感器，a₂--后轮传感器，L--车辆前后轮之间的距离，14--前悬架模糊控制器，15--后悬架模糊控制器，401--离散决策层；402--接口转换层；403--连续被控层。

具体实施方式

见图1-6，本实施例的电动汽车用EPS与SAS集成控制系统包括：SAS控制系统、EPS控制系统、整车控制单元和协调器；SAS控制系统包括：SAS控制单元和与该SAS控制单元的输出端相连的SAS系统，SAS系统的输出端与协调器的半主动悬架信号输入端相连；EPS控制系统包括：EPS控制单元和与该EPS控制单元的输出端相连的EPS系统，EPS系统的输出端与协调器的电动助力转向信号输入端相连；整车控制单元的控制信号输出端与协调器的整车控制信号输入端相连。整车控制单元具有干扰输入端。

前、后轮传感器，用于分别根据前、后轮传感器当前采集的路面谱信息而获取路面特征的前、后轮信号处理器、信号预估器2、双模糊控制决策器3、前悬架阻尼调节器4和后悬架阻尼调节器5。

所述前、后轮传感器分别与前、后轮信号处理器的传感器信号输入端相连，前轮信号处理器的信号输出端与信号预估器2和双模糊控制决策器3相连，信号预估器2的信号输出端与双模糊控制决策器3相连，双模糊控制决策器3的前、后悬架控制输出端分别与前悬架阻尼调节器4和后悬架阻尼调节器5的控制输入端相连。

前轮信号处理器1-1除能够完成传感器信号的采集、转换等功能外，还能够根据当前采集的传感器信号及路面谱信息，实现路面特征的提取和辨识。

信号预估器2能够根据前轮处的传感器信号及车辆位移等信息，预估后轮处的信号特征，即可以通过前轮处的轮胎垂直位移、垂直速度和垂直加速度，以及前轮处车身垂直位移和垂直速度，获得后轮处的路面输入位移。

双模糊控制决策器3采用“双模糊控制”策略，其结构如图2所示，包括：前模糊控制器14和后模糊控制器15，对于前悬架的模糊控制，其输入为前轮胎对应处的车身垂直加速度及其变化率，输出为前悬架执行器控制力，通过前悬架阻尼调节器及其阻尼调节决策机制控制前悬架的响应；对于后悬架的模糊控制，其输入为路面输入速度和后轮胎对应处的车身垂直加速度，输出为后悬架执行器控制力，通过后悬架阻尼调节器及其阻尼调节决策机制控制后悬架的响应。在该智能控制策略中，由于信号预估器的作用，使得在后悬架的模糊控制中包含了系统将来的信息，即前文提出的采用前轮处的路面输入信息来作为后轮输入的控制信息，因此，可以提前做出控制后悬架的响应，有利于提高控制的实时性和抗干扰能力。并且，所述前悬架阻尼调节器和后悬架阻尼调节器的阻尼调节决策机制具有路面激励识别功能，当路面激励为随机激励时，阻尼调节决策采用连续调节方式，获得连续的执行器输出；当路面激励为脉冲激励时，阻尼调节决策采用分级调节方式，提高系统响应的快速性。

所述EPS控制单元包括：EPS控制策略执行器、与EPS控制策略执行器相连的控制策略监督器、以及与控制策略监督器相连的稳定性监督器； EPS控制策略执行器与所述EPS系统相连。

如图4-5所示，EPS系统的控制结构还包括：系统输入、外部环境输入、外部离散事件、内部离散事件、系统输出等部分。用于解决EPS系统的离散事件跃变及其连续动态行为，设计EPS控制策略执行器、控制策略监督器和稳定性监督器，获得比单独采用连续动态系统或离散事件动态系统更好的性能，从而解决传统控制器无法解决的问题。所述“控制策略”为包括离散决策层401、连续被控层403和介于两者之间的接口转换层402的结构。其中，离散决策层401用于描述系统控制过程中的离散事件的产生、控制模式的识别和控制策略的选择；连续被控层403用于描述系统中连续状态变量的演化过程；接口转换层402用于描述信息的抽取过程，完成控制过程中动态行为响应关系的信号表达和处理。

所述系统输入在不同的控制模式具有不同的信号，分别指助力工况下的转向盘转矩信号和车速信号、回正工况下的转向盘转角信号和电动机转角信号、阻尼工况下的电动机转速信号和车速信号；所述系统输出主要是表征整车系统响应的横摆角速度信号、车身质心侧偏角信号和车身侧倾角信号，如果不考虑整车系统响应，则是控制器的输出信号，主要是电动机的输出转矩，与转向盘输入转矩信号和路面随机作用力信号共同构成EPS系统的输入信号；所述外部离散事件主要是由于外界环境造成的离散事件，包括控制系统的启动/停止、外界的不明故障造成的离散事件；所述内部离散事件，一方面是由控制模式连续动态的运行引起的控制模式的演化，另一方面是由系统故障造成的离散事件；所述外部环境输入主要是指外界环境对控制系统的扰动。

为完成上述功能，集成系统的协调器（见图6）根据各子系统的控制效果、整车系统响应及反馈调节，基于可变参数的动态灰色预测，采用集中控制，对整个系统的运行进行统筹调度，达到全局控制的优化；并考虑各子系统的控制要求、控制输入、整车系统响应及反馈调节，采用分散协调控制，实现各子系统的优化运行。

所实用新型的电动汽车集成控制系统，既反映SAS系统、EPS系统、整车系统及其两个子系统之间耦合关系的既相互独立又相互关联的协调关系，又反映SAS系统和EPS系统的控制要求，使之既满足两个子系统的控制要求，又兼顾集成控制系统要求的相互耦合与协调关系；既可提高SAS系统控制的实时性及其抗扰动能力，又可提高系统的自适应能力和智能化水平；改善乘坐舒适性和操纵稳定性。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。

Claims

1.一种电动汽车用EPS与SAS集成控制系统，其特征在于包括：SAS控制系统、EPS控制系统、整车控制单元和协调器；

SAS控制系统包括：SAS控制单元和与该SAS控制单元的输出端相连的SAS系统，SAS系统的输出端与协调器的半主动悬架信号输入端相连；

EPS控制系统包括：EPS控制单元和与该EPS控制单元的输出端相连的EPS系统，EPS系统的输出端与协调器的电动助力转向信号输入端相连；

整车控制单元的控制信号输出端与协调器的整车控制信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车用EPS与SAS集成控制系统，其特征在于：所述SAS控制单元包括：前、后轮传感器，用于分别根据前、后轮传感器当前采集的路面谱信息而获取路面特征的前、后轮信号处理器、信号预估器、双模糊控制决策器、前悬架阻尼调节器和后悬架阻尼调节器；

前、后轮传感器分别与前、后轮信号处理器的传感器信号输入端相连，前轮信号处理器的信号输出端与信号预估器和双模糊控制决策器相连，信号预估器的信号输出端与双模糊控制决策器相连，双模糊控制决策器的前、后悬架控制输出端分别与前悬架阻尼调节器和后悬架阻尼调节器的控制输入端相连;

所述双模糊控制决策器与SAS系统相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种电动汽车用EPS与SAS集成控制系统，其特征在于：所述EPS控制单元包括：EPS控制策略执行器、与EPS控制策略执行器相连的控制策略监督器、以及与控制策略监督器相连的稳定性监督器； EPS控制策略执行器与所述EPS系统相连。