一种汽车转向稳定性控制系统及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107054453A(43)申请公布日2017.08.18(21)申请号201710291498.5(22)申请日2017.04.28(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人赵万忠徐志江樊密丽崔滔文王春燕张子俊(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人贺翔(51)Int.Cl.B62D5/04(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称一种汽车转向稳定性控制系统及其控制方法(57)摘要本发明公开了一种汽车稳定性控制系统及其控制方法，该系统包括齿轮齿条转向器、助力电机、蜗轮蜗杆、转向电机、双行星排齿轮机构、电子控制单元ECU、方向盘转矩传感器、方向盘转角传感器车速传感器、横摆角速度传感器、质心侧偏角传感器、侧向加速度传感器和前轮转角传感器。在汽车行驶过程中，各传感器实时采集所测得信号并将其送入到电子控制单元ECU，ECU运行预先设定的程序对其进行处理，并输出角位移信号与力矩信号到转向电机与助力电机，来带动双行星排与蜗轮蜗杆，最终控制汽车前轮的运动，以实现对汽车横摆运动的控制。本发明能够实时控制汽车的横摆运动，以提高汽车行驶稳定性与安全性。CN107054453ACN107054453A权利要求书1/3页1.一种汽车稳定性控制系统，其特征在于，包含齿轮齿条转向器、助力电机、蜗轮蜗杆、转向电机、双行星排齿轮机构、电子控制单元ECU、方向盘转矩传感器、方向盘转角传感器车速传感器、横摆角速度传感器、质心侧偏角传感器、侧向加速度传感器和前轮转角传感器；所述齿轮齿条转向器的输入端和所述蜗轮蜗杆的输出端连接、输出端通过转向横拉杆与汽车两个前轮的车轴连接；所述蜗轮蜗杆的一个输入端和所述助力电机的输出端连接，另一个输入端和所述双行星排齿轮机构的输出端连接；所述双行星排齿轮机构的一个输入端和所述转向电机的输出端连接，另一个输入端依次通过方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器连接；所述方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器分别用于获取汽车方向盘的转角、汽车方向盘的转矩后将其传递给所述电子控制单元ECU；所述车速传感器、横摆角速度传感器、质心侧偏角传感器、侧向加速度传感器均设置在汽车上，分别用于获取汽车的车速、横摆角速度、质心侧偏角和侧向加速度后将其传递给所述电子控制单元ECU；所述前轮转角传感器设置在汽车的一个前轮的轮毂上，用于获得汽车的前轮转角，并将其传递给所述电子控制单元ECU；所述电子控制单元ECU分别和所述车速传感器、横摆角速度传感器、质心侧偏角传感器、侧向加速度传感器、方向盘转角传感器、方向盘转矩传感器、前轮转角传感器、助力电机、转向电机电气相连，用于根据接收到的汽车方向盘的转矩、方向盘的转角、车速、横摆角速度、质心侧偏角、侧向加速度、前轮转角控制所述转向电机、助力电机工作，以提高汽车的稳定性。2.基于权利要求1所述的汽车稳定性控制系统的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1)，当驾驶员转动汽车的方向盘时，电子控制单元ECU通过方向盘转角传感器、车速传感器采集到汽车方向盘的转角以及汽车的车速，根据变传动比规律及参考模型得到汽车该时刻的理想横摆角速度；步骤2)，电子控制单元ECU建立整车转向二自由度模型以及齿轮齿条转向器模型，并根据整车转向二自由度模型、齿轮齿条转向器模型求取鲁棒控制器；步骤3)，通过横摆角速度传感器采集实时的横摆角速度，将实时的横摆角速度与求得的理想横摆角速度做差得到横摆角速度差值，并将横摆角速度差值输入到鲁棒控制器；步骤4)，鲁棒控制器根据输入的横摆角速度差值计算出需要增加的附加转角，电子控制单元ECU控制转向电机工作，使得双行星齿轮机构将所述附加转角与方向盘转角进行叠加后输入到齿轮齿条转向器，并传递到汽车前轮；步骤5)，电子控制单元ECU根据所述附加转角信号控制助力电机输出相应的力矩，并通过蜗轮蜗杆机构将力矩作用到齿轮齿条转向器，提供转向助力力矩以减轻驾驶员负担。3.根据权利要求2所述的汽车稳定性控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤1)中理想横摆角速度r*的计算公式如下：2CN107054453A权利要求书2/3页22式中，θsw为汽车的方向盘的转角，a0＝k1k2(a+b)+(k2b-k1a)mu，u为汽车的纵向车速，b0＝k1k2(a+b)u，k1、k2分别为前后轮侧偏刚度；a为质心到前轴轴距；b为质心到后轴轴距；m为整车质量；L为前后轴轴距。4.根据权利要求3所述的汽车稳定性控制系统的控制方法，其特征在于，所述Ks的范围为0.12-0.37s-1。5.根据权利要求3所述的汽车稳定性控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤2)中整车转向二自由度模型以及齿轮齿