本發(fā)明屬于汽車行駛安全電子控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種成本低且能兼顧車輛行駛的各種工況的電機(jī)式主動穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有汽車穩(wěn)定桿大多采用被動式穩(wěn)定桿。這種被動式穩(wěn)定桿只針對車輛發(fā)生側(cè)傾的工況設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)形式固定單一，剛度無法調(diào)節(jié)。當(dāng)車輛在平穩(wěn)路面上行駛時(shí)易造成懸架剛度太大，無法同時(shí)兼顧乘坐舒適性以及操縱穩(wěn)定性。為此，在此基礎(chǔ)上改進(jìn)得到了主動穩(wěn)定桿。主動式穩(wěn)定桿能根據(jù)車輛的不同側(cè)傾程度實(shí)時(shí)調(diào)整穩(wěn)定桿兩端的反側(cè)傾力矩值。能同時(shí)兼顧乘坐舒適性以及操縱穩(wěn)定性。

為系統(tǒng)控制主動式穩(wěn)定桿，中國發(fā)明專利申請“一種車用主動穩(wěn)定桿的控制系統(tǒng)及控制方法”(申請?zhí)枺?011101548931.1，公開日：2013.06.12)。該控制系統(tǒng)包括：橫向加速度傳感器、活塞位移傳感器和側(cè)傾角傳感器，控制單元，執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其通過傳感器采集到的信號輸入控制單元，控制單元決定是否改變活塞位移和改變活塞位移的多少。該控制系統(tǒng)僅適用于液壓式主動穩(wěn)定桿，由于液壓式主動穩(wěn)定桿作動器的活塞機(jī)構(gòu)移動的位移有限，所以僅比較適用于大型車輛，且該控制系統(tǒng)僅判斷發(fā)生側(cè)傾和無側(cè)傾兩種工況，存在精確性差，控制局限性大的問題。

中國發(fā)明專利申請“一種自適應(yīng)車輛橫向穩(wěn)定控制裝置”(申請?zhí)枺?01010589149.X，公開日：2013.03.27)，該控制系統(tǒng)包括：輪速傳感器、傾角傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，高度傳感器，控制單元，穩(wěn)定桿。其通過側(cè)傾角傳感器測的車輛的運(yùn)行狀態(tài)及行駛路面狀況輸入電子控制單元。由于車輛側(cè)傾角度小，使用傾角傳感器誤差大，精確度不高。且該控制裝置中采用了阻尼補(bǔ)償和摩擦補(bǔ)償?shù)姆绞?，設(shè)計(jì)的抗干擾控制器，計(jì)算量太大，對于ECU要求較高，間接提高了開發(fā)成本。

總之，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：不能根據(jù)車輛不同的行駛工況選擇合理的工作模式，無法實(shí)時(shí)調(diào)整所需的反側(cè)傾力矩值，抑制車身側(cè)傾效果不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電機(jī)式主動穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)，可以根據(jù)車輛不同的行駛工況選擇合理的工作模式，實(shí)時(shí)調(diào)整所需的反側(cè)傾力矩值，有效抑制車身側(cè)傾。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種電機(jī)式主動穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)，包括橫向加速度傳感器、側(cè)傾角速度傳感器、輪速傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、傾角傳感器、橫擺角速度傳感器，ECU控制單元，驅(qū)動電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述ECU控制單元通過驅(qū)動電路與執(zhí)行機(jī)構(gòu)電連接，所述橫向加速度傳感器、側(cè)傾角速度傳感器、輪速傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器、傾角傳感器和橫擺角速度傳感器分別與ECU控制單元電連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：

1、與傳統(tǒng)的被動式穩(wěn)定桿相比，主動穩(wěn)定桿能實(shí)時(shí)調(diào)整輸出扭矩的大小，與液壓式主動穩(wěn)定桿相比，電機(jī)式主動穩(wěn)定桿結(jié)構(gòu)簡單、易于控制，響應(yīng)速度快。

2、采用分層的控制算法，引入側(cè)向加速度以及側(cè)傾角速度信號，側(cè)向加速度使ECU使車輛的實(shí)際側(cè)傾角的穩(wěn)態(tài)值達(dá)到目標(biāo)值，側(cè)傾角速度信號使車輛的實(shí)際側(cè)傾角快速的收斂到目標(biāo)值。

3、永磁直流無刷電機(jī)控制采用三環(huán)控制，電機(jī)轉(zhuǎn)角控制環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)都采用PI控制，控制算法簡單、有效，電流環(huán)采用最優(yōu)控制，可針對永磁直流無刷電機(jī)脈沖波動大的問題，有效減小電流脈沖波動，從而達(dá)到減小能耗的作用。

4、與目前的電機(jī)式主動穩(wěn)定桿相比，本發(fā)明控制系統(tǒng)能兼顧車輛在不同道路的行駛情況以及不同行駛工況，同時(shí)保證乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電機(jī)式主動穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為圖1中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為三環(huán)閉環(huán)控制原理圖。

圖4為本發(fā)明電機(jī)式主動穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)的工作原理圖。

圖中，橫向加速度傳感器1、側(cè)傾角速度傳感器2、輪速傳感器3、轉(zhuǎn)向角傳感器4、傾角傳感器5、橫擺角速度傳感器6、ECU控制單元7、驅(qū)動電路8、執(zhí)行機(jī)構(gòu)9。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明電機(jī)式主動穩(wěn)定桿控制系統(tǒng)，包括橫向加速度傳感器1、側(cè)傾角速度傳感器2、輪速傳感器3、轉(zhuǎn)向角傳感器4、傾角傳感器5、橫擺角速度傳感器6，ECU控制單元7，驅(qū)動電路8和執(zhí)行機(jī)構(gòu)9；

所述ECU控制單元7通過驅(qū)動電路8與執(zhí)行機(jī)構(gòu)9電連接，所述橫向加速度傳感器1、側(cè)傾角速度傳感器2、輪速傳感器3、轉(zhuǎn)向角傳感器4、傾角傳感器5和橫擺角速度傳感器6分別與ECU控制單元7電連接。

如圖2所示，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)9包括電機(jī)作動器91、左穩(wěn)定桿92、右穩(wěn)定桿93、傳動機(jī)構(gòu)94、減速機(jī)構(gòu)95，所述傳動機(jī)構(gòu)94的輸入端與減速機(jī)構(gòu)95的輸出端相連，其輸出端與左穩(wěn)定桿92、右穩(wěn)定桿93相連，所述減速機(jī)構(gòu)95的輸入端與電機(jī)作動器91的輸出端相連。

如圖3所示，所述ECU控制單元7綜合各傳感器的信號輸入，通過驅(qū)動電路8使執(zhí)行機(jī)構(gòu)9處于對應(yīng)的工作模式。

所述工作模式包括：

工作模式1：當(dāng)車輛在水平路面上行駛，且車輛速度v<10km/h時(shí)；

工作模式2：當(dāng)車輛速度為10km/h≤v<30km/h之間且在側(cè)坡坡度α<10°的側(cè)坡上行駛，或者車輛在水平路面上行駛，且車速大于v>30km/h行駛時(shí)；

工作模式3：當(dāng)ECU控制單元7檢測到系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，或者車輛在側(cè)坡坡度α≥10°且車速在10km/h≤v<30km/h之間時(shí)。

當(dāng)處于工作模式1時(shí)，電機(jī)自由轉(zhuǎn)動，主動穩(wěn)定桿兩端處于斷開狀態(tài)，控制系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，隨時(shí)監(jiān)控車輛行駛狀態(tài)；

當(dāng)車輛在水平路面上行駛，且v<10km/h時(shí)，車輛處于穩(wěn)定行駛狀態(tài)。此時(shí)，為了提高車輛的乘坐舒適性，系統(tǒng)處于工作模式1，即系統(tǒng)不工作。電機(jī)自由轉(zhuǎn)動，主動穩(wěn)定桿兩端處于斷開狀態(tài)，控制系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，隨時(shí)監(jiān)控車輛行駛狀態(tài)。

當(dāng)處于工作模式2時(shí)，橫向加速度傳感器獲取車輛的側(cè)向加速度a_y，側(cè)傾角速度傳感器獲取車輛的側(cè)傾角速度轉(zhuǎn)向角傳感器獲取車輛的方向盤轉(zhuǎn)角δ，橫擺角速度傳感器獲取車輛的橫擺角速度信號γ，輸入ECU控制單元7，

ECU控制單元7、計(jì)算出整車總的反側(cè)傾力矩、前、后軸反側(cè)傾力矩的分配系數(shù)，控制電機(jī)產(chǎn)生扭矩傳遞給穩(wěn)定桿，使得穩(wěn)定桿產(chǎn)生反側(cè)傾力矩作用于車身，車輛的側(cè)傾狀況反饋給ECU控制單元7，傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛的狀態(tài)變化，及時(shí)反饋車輛的狀態(tài)參數(shù)給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整輸出扭矩的大小以抑制車身側(cè)傾；

控制器采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制算法，分為三層控制器：上層計(jì)算出整車總的反側(cè)傾力矩；中間層計(jì)算前、后軸反側(cè)傾力矩的分配系數(shù)；底層電機(jī)控制器，由電機(jī)產(chǎn)生的扭矩傳遞給穩(wěn)定桿，使得穩(wěn)定桿產(chǎn)生反側(cè)傾力矩作用于車身。車輛的側(cè)傾狀況反饋給控制器，傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛的狀態(tài)變化，及時(shí)反饋車輛的狀態(tài)參數(shù)給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整輸出扭矩的大小以抑制車身側(cè)傾。

當(dāng)車輛車速在10km/h≤v<30km/h之間且在側(cè)坡坡度α<10°的側(cè)坡上行駛，或者車速大于v>30km/h行駛時(shí)，為了同時(shí)兼顧乘坐舒適性以及操縱穩(wěn)定性，系統(tǒng)處于工作模式2。將傳感器采集到的信號輸入到控制器ECU7輸入端，控制器采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制算法。

如圖3所示，當(dāng)處于工作模式2時(shí)，對電機(jī)的控制采用三環(huán)閉環(huán)控制：

外環(huán)為位置環(huán)，ECU控制單元計(jì)算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)角與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)角做對比分析，采用PI控制；

中間環(huán)為轉(zhuǎn)速環(huán)，采用PI控制；

內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，采用最優(yōu)控制，以有效減小電流波動及轉(zhuǎn)矩脈動。

當(dāng)處于工作模式3時(shí)，系統(tǒng)處于“鎖定桿”狀態(tài)，電機(jī)短接制動。

如圖4所示，驅(qū)動電路的開關(guān)電路上橋全部打開，下橋全部關(guān)閉，或者上橋全部關(guān)閉，下橋全部打開，電機(jī)定子的三相繞組被短接成為閉合回路。斷開電源后轉(zhuǎn)子尚有剩余磁場，而轉(zhuǎn)子依靠自己的慣性仍在轉(zhuǎn)動，形成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場使定子繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流又與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用迫使轉(zhuǎn)子迅速停下來。“鎖定桿”狀態(tài)使穩(wěn)定桿以與傳統(tǒng)被動式穩(wěn)定桿相似的方式進(jìn)行工作。

當(dāng)ECU檢測到系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，或者車輛處于越野狀態(tài)即α≥10°且車速在10km/h≤v<30km/h之間時(shí)，為了提升車輛的操縱穩(wěn)定性，系統(tǒng)將處于工作模式3，即系統(tǒng)處于“鎖定桿”狀態(tài)。電機(jī)短接制動，即驅(qū)動電路的開關(guān)電路10上橋全部打開，下橋全部關(guān)閉，或者上橋全部關(guān)閉，下橋全部打開，電機(jī)定子的三相繞組被短接成為閉合回路。處于發(fā)電狀態(tài)的電機(jī)，相當(dāng)于電源被短路。電源短路后轉(zhuǎn)子尚有剩余磁場，而轉(zhuǎn)子依靠自己的慣性仍在轉(zhuǎn)動，形成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場使定子繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流又與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用迫使轉(zhuǎn)子迅速停下來。“鎖定桿”狀態(tài)使穩(wěn)定桿以與傳統(tǒng)被動式穩(wěn)定桿相似的方式進(jìn)行工作。