[发明专利]一种基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统及其控制方法

说明书

本发明提供一种基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统及其控制方法，所述系统包括簧载质量、弹性元件、减振器、直线电机、轮毂电机、簧下质量、加速度信号传感器、位移传感器A、位移传感器B和ECU；所述方法包括舒适性模式、安全性模式和综合性模式三种工作模式；本发明采用内外环协调控制，内环控制使用PI控制算法，外环控制采用LQG控制算法，相比之前大多数研究者采用的单环控制，基于LQG与PI控制的力跟踪控制方式能够利用反馈机制更好地跟踪悬架实时运动状态，并更有效地输出目标跟踪力改善车身振动。同时本发明建立的是基于轮边驱动电动车的三自由度电磁悬架模型，模型结构更复杂，考虑因素更多，并且能够应用于现代电动汽车上，符合节能减排目标。

技术领域

本发明专利属于汽车安全领域，具体涉及一种基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统及其控制方法。

背景技术

随着汽车技术的不断发展，消费者对汽车安全性和舒适性的要求也越来越高。汽车在使用过程中，载荷、车速、路况等行驶状态会有较大变化，不同的工况对平顺性和操纵稳定性要求的侧重点不同，悬架特性也要相应变化。例如，平顺性一般要求悬架较软，而在急转弯、紧急制动和加速、高速驾驶操纵时，行驶安全性又要求悬架较硬，以保持车身姿态和轮胎的接地性。被动悬架则难以满足各种行驶状态下对悬架性能的较高要求。在这样的要求下，许多汽车节能技术应运而生，例如液压互联技术、半主动控制技术、制动能量回收技术等，这些技术在一定程度上提高了汽车的安全性和舒适性。

直线电机是旋转电机在结构方面的一种变形，其结构简单、效率高、电枢与定子无径向力等优点已在各种领域广泛应用发展，特别是车辆悬架方面。直线电机式电磁悬架可以通过控制直线电机来实现车辆主动减振，大大增加了悬架的可控性。

中国专利201510645787.1公开了一种汽车主动悬架LQG控制器最优控制力的设计方法，但只是单一地采用了LQG算法，在跟踪力输出的精确性和有效性方面还值得考量；而且采用的是较简单二自由度悬架系统。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统及其控制方法，采用LQG外环控制与PI内环控制协调作用，以保障更精确的对悬架进行作动力控制，达到更好的车辆行驶平顺性与安全性。

本发明的技术方案是：一种基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统，包括簧载质量、弹性元件、减振器、直线电机、轮毂电机、簧下质量、加速度信号传感器、位移传感器A、位移传感器B和ECU；

所述弹性元件两端分别固连在簧载质量与轮毂电机上，减振器的两端分别固连在簧载质量与轮毂电机之间，轮毂电机的另一端通过轴承与簧下质量连接；所述直线电机套于弹性元件内部，加速度信号传感器安装在簧载质量上，位移传感器A安装在簧载质量上，位移传感器B安装在簧下质量上；

所述ECU分别与加速度信号传感器、位移传感器A和位移传感器B电连接，所述ECU通过加速度信号传感器采集簧载质量的加速度信号，通过位移传感器A采集簧载质量的位移信号，通过位移传感器B采集簧下质量的位移信号，并进行分析处理，得到车辆实时的悬架动态参数，以悬架动态参数为依据采用LQG算法控制直线电机输出作动力。

上述方案中，所述方法包括舒适性模式、安全性模式和综合性模式三种工作模式；所述舒适性模式以乘坐舒适性为控制目标，所述安全性模式以轮胎接地性为控制目标，所述综合性模式兼顾乘坐舒适性和轮胎接地性，对以上三种模式采用LQG算法控制直线电机输出作动力；

车辆的ECU通过加速度信号传感器采集簧载质量的加速度信号，通过位移传感器A采集簧载质量的位移信号，通过位移传感器B采集簧下质量的位移信号，并进行分析处理，得到车辆实时的悬架动态参数，ECU根据悬架动态参数的结果选择进入的工作模式。

上述方案中，当车身加速度超过2m/s²时，使直线电机工作在舒适性模式；

当轮胎动载荷超过2KN时，使直线电机工作在安全性模式；