轿车辅助电动主动制动系统 |
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| 申请号 | CN201710710396.2 | 申请日 | 2017-08-18 | 公开(公告)号 | CN107512256A | 公开(公告)日 | 2017-12-26 |
| 申请人 | 内蒙古大学; | 发明人 | 张露; 杨晓勤; 李政; | ||||
| 摘要 | 辅助电动主动 制动 系统 ，由左、右辅助轮、左、右制动器、左、右半轴、 支架 、 电池 和连接装置组成；连接装置由垂直销轴、 水 平销轴、扭转 弹簧 、车辆连接板和转 角 传感器 组成，扭转弹簧上端和垂直销轴固连，扭转弹簧下端和车辆连接板固连，垂直销轴与车辆连接构成垂直铰接；左、右辅助轮通过左、右半轴安装在支架两侧与试验车辆 车轮 等高；当车辆趋于失稳的危险工况时，辅助电动主动制动系统控制左、右制动器进行主动制动。该技术是基于轿车 稳定性 试验而开发设计的辅助制动系统，是在轿车尾部设计一套轿车辅助系统，其目的是在不干预轿车稳定性试验的前提下，一旦试验轿车出现失稳，该辅助系统发挥作用帮助矫正轿车行驶 姿态 ，避免极端危险情况的发生。 | ||||||
| 权利要求 | 1.辅助电动主动制动系统，其特征在于，由左、右辅助轮(10、4)、左、右制动器(9、5)、左、右半轴(8、6)、支架(11)、电池(7)和连接装置(3)组成；连接装置(3)由垂直销轴(15)、水平销轴(16)、扭转弹簧(13)、车辆连接板(14)和转角传感器(12)组成，扭转弹簧(13)上端和垂直销轴(15)固连，扭转弹簧(13)下端和车辆连接板(14)固连，垂直销轴(15)与车辆连接板(14)构成垂直铰接；左、右辅助轮(10、4)通过左、右半轴(8、6)安装在支架(11)两侧与试验车辆(2)车轮等高；当车辆趋于失稳的危险工况时，辅助电动主动制动系统控制左、右制动器(9、5)进行主动制动。 |
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| 说明书全文 | 轿车辅助电动主动制动系统技术领域[0001] 本发明属于车辆制动领域，具体涉及一种轿车辅助电动主动制动系统。 背景技术[0002] 目前在国标中没有涉及对汽车稳定性试验安全辅助装置的要求，只对汽车稳定性试验的客观条件做了约束。试验中，为了测试汽车稳定性，车辆必须先失稳，而后才能判断汽车稳定性控制系统是否发挥作用，实现汽车不失稳的功能。如果汽车稳定性控制系统不起作用，或者作用结果没有达到理想状态，则汽车就处于失稳状态，从而发生极端危险情况，威胁驾驶员生命，破败汽车整车。通过设计本方案轿车辅助电动主动制动系统可以避免上述情况的发生，做到既不干扰试验过程，又能够预防危险试验结果的发生。 [0003] 截止目前，针对轿车稳定性安全试验的安全辅助装置实现方案有多种。其中有针对四个车轮的外置设备实现方案，有对车身的侧向约束实现方案等。与其他实现方案比较，本方案加装位置位于车辆尾部只有一个加装点，且很多车辆在尾部留有牵引口。其他方案要么在四个车轮处安装，要么在车身侧向安装，安装接口复杂。其次本方案对试验汽车的试验条件不做修改，即安装本方案轿车辅助电动主动制动系统的试验轿车在国标要求的试验条件下完成测试。 发明内容[0004] 1、要解决的技术问题 [0005] 为解决现有技术中存在的问题，本发明提供轿车辅助电动主动制动系统。该技术是基于轿车稳定性试验而开发设计的辅助制动系统，是在轿车尾部设计一套轿车辅助电动主动制动系统，其目的是在不干预轿车稳定性试验的前提下，一旦试验轿车出现失稳，该辅助电动制动系统发挥作用帮助矫正轿车行驶姿态，避免极端危险情况的发生。 [0006] 2、技术方案 [0007] 本发明的目的主要通过以下的技术方案来实现。 [0008] 一种辅助电动主动制动系统，由左、右辅助轮、左、右制动器、左、右半轴、支架、电池和连接装置组成；连接装置由垂直销轴、水平销轴、扭转弹簧、车辆连接板和转角传感器组成，扭转弹簧上端和垂直销轴固连，扭转弹簧下端和车辆连接板固连，垂直销轴与车辆连接构成垂直铰接；左、右辅助轮通过左、右半轴安装在支架两侧与试验车辆车轮等高；当车辆趋于失稳的危险工况时，辅助电动主动制动系统控制左、右制动器进行主动制动。 [0009] 进一步的，辅助电动主动制动系统的动力学模型为： [0010] [0011] 其中， [0012] Flx、Frx、Fly、Fry分别为左、右辅助轮的纵向力和侧向力，单位为N； [0013] Tm为扭转弹簧产生的力矩，单位为N·m； [0014] 辅助电动主动制动系统左、右辅助轮采用与轿车相同的车轮，左、右辅助轮轴距与后轮轴距相同； [0015] Lm为辅助电动主动制动系统质心距车尾连接处的水平距离，Lm＝0.8m； [0016] Br为左、右辅助轮的轮距，单位为m； [0017] Im为辅助电动主动制动系统的转动惯量，单位为kg.m2； [0019] 由上述动力学模型产生辅助电动主动制动系统作用在车身上的纵向力Fjx、侧向力Fjy及转矩Tm，通过垂直销轴、水平销轴、扭转弹簧和车辆连接板作用于车身进行干预控制，使车辆回到稳定行驶状态。 [0020] 进一步的，通过车轮和辅助轮轮速信号、前轮转向角和陀螺仪测量各车轮轮心处和车辆质心处的纵向速度、侧向速度和侧偏角的整车运动状态参数，通过转角传感器测量扭转弹簧变形量，用于衡量车辆稳定性控制效果。 [0021] 以及，辅助电动主动制动系统在汽车稳定性试验中的应用，辅助电动主动制动系统试验策略采用分层综合控制方法，控制系统上层控制器为主控制模块，根据整车稳定性要求和车辆行驶工况，实时调用下层控制器的ABS实现其预期控制目标。 [0022] 进一步的，上层控制器为车身状态控制器，包括门阙值控制器以及ESP控制器，当ESP控制效果较差甚至失效时，辅助电动主动制动系统的控制策略发挥作用，对左、右辅助轮进行主动制动控制，以保持车辆安全运动状态，。 [0023] 进一步的，所述ESP控制器的输入为车辆质心理想侧偏角β0和实际侧偏角β误差值Δβ，输出为左、右辅助轮目标滑移率ScL、ScR： [0024] 当|Δβ| [0025] 当Δβ>c时，为不足转向，ScL＝S0L、ScR＝0； [0026] 当Δβ<-c时，为过多转向，ScL＝0、ScR＝S0R； [0027] 其中，c为门限值； [0028] ESP控制器将输出信号输送到下层控制器的ABS控制器，ABS控制器根据ScL、ScR进行制动控制，避免车辆失稳。 [0029] 3、有益效果： [0030] 与现有技术相比，本发明的轿车辅助电动主动制动系统的有益效果在于： [0031] 1)社会效益：车辆稳定性控制独立车辆试验研究需要在各种复杂工况下进行，由于受到自然条件、安全防护条件、试验场地等限制，因此存在着危险程度高、试验周期长、投入成本大等不足。本专利提出的辅助电动主动制动系统提高了实车试验的安全性，有良好的社会效益。 [0032] 2)应用价值：本发明提出的辅助电动主动制动系统用于汽车ESP控制性能试验原理可行、安全高效，满足了车辆ESP控制性能试验的需要，克服了通常汽车ESP控制性能试验的不足。当辅助电动主动制动系统用于汽车ESP控制性能试验在有ESP控制时，辅助电动主动制动系统较独立车辆系统在不足转向、过多转向两种试验工况下均具有显著一致性；在没有ESP控制或ESP控制系统失效时能有效辅助车辆行驶。附图说明 [0033] 图1为辅助电动主动制动系统结构示意图。 [0034] 图2为辅助电动主动制动系统的连接装置的结构示意图。 [0035] 图3为基于辅助电动主动制动系统汽车稳定性试验系统动力学模型图。 [0036] 图4为主动制动控制试验策略图。 [0037] 图5a为不足转向条件下车辆质心轨迹。 [0038] 图5b为不足转向条件下车辆质心侧偏角。 [0039] 图6a为过多转向条件下车辆质心轨迹。 [0040] 图6b为过多转向条件下车辆质心侧偏角。 [0041] 图中，1-陀螺仪、2-试验车辆、3-连接装置、4-右辅助轮、5-右制动器、6-右半轴、7-电池、8-左半轴、9-左制动器、10-左辅助轮、11-支架、12-转角传感器、13-扭转弹簧、14-车辆连接板、15-垂直销轴、16-水平销轴、17-上层控制器、18-下层控制器。 具体实施方式[0042] 在下文中，将参考附图对本发明的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本发明，并能够实施本发明。在不违背本发明原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。 [0043] 所述辅助电动主动制动系统，可简称辅助系统，见图1，由左、右辅助轮10、4，左、右制动器9、5，左、右半轴8、6，支架11，电池7和连接装置3组成。连接装置见图2，由垂直销轴15、水平销轴16、扭转弹簧13、车辆连接板14和转角传感器12组成，扭转弹簧13上端和垂直销轴15固连，扭转弹簧13下端和车辆连接板14固连，垂直销轴15与车辆连接板14构成垂直铰接。左、右辅助轮10、4通过左、右半轴8、6安装在支架11两侧与试验车辆2车轮等高。当车辆趋于失稳的危险工况时，可控制左、右制动器9、5进行主动制动，主动制动控制汽车稳定性试验系统动力学模型如图3所示，Fjx、Fjy为辅助电动主动制动系统作用在车身上的纵向力和侧向力，N；Flx、Frx、Fly、Fry分别为两个辅助车轮10、4纵向力和侧向力，N；Fxi、Fyi(i＝1, 2,3,4)分别为四个车轮纵向力和侧向力，N；Tm为扭转弹簧13产生的力矩，N·m；Vx车辆质心的纵向速度，Vy车辆质心的侧向速度，ω车辆质心的横摆角速度；α为Fjx与纵向速度的夹角。 辅助电动主动制动系统左、右辅助轮10、4采用与轿车相同的车轮，辅助车轮轴距与后轮轴距相同；经设计计算，辅助电动主动制动系统质心距车尾连接处的水平距离为Lm＝0.8m。辅助电动主动制动系统的动力学模型为： [0044] [0045] 其中Br—为两个辅助轮的轮距，m； [0046] Im—为辅助电动主动制动系统的转动惯量，kg.m2； [0047] ωaid—为辅助电动主动制动系统的转动角速度，可以通过采集角度传感器的信号计算得到，rad/s。 [0048] 产生的制动力和转矩Fjx、Fjy、Tm，通过销轴、扭转弹簧和车辆连接板作用于车身进行干预控制，使车辆回到稳定行驶状态。通过车轮和辅助轮轮速信号、前轮转向角和陀螺仪1信号可测量各车轮轮心处和车辆质心处的纵向速度、侧向速度和侧偏角等整车运动状态参数；通过转角传感器12可知扭转弹簧变形量。 [0049] 辅助电动主动制动系统试验策略采用分层综合控制方法，如图4，控制系统顶层主控制模块根据整车稳定性要求和车辆行驶工况，实时调用底层模块ABS实现其预期控制目标。上层控制器为车身状态控制器，采用门阙值控制器。当ESP控制效果较差甚至失效时，辅助电动主动制动系统的控制策略发挥作用，对左、右辅助轮进行主动制动控制，以保持车辆安全运动状态，避免事故发生。左、右辅助轮主动制动控制试验采用分时ESP控制器，控制器输入为车辆质心理想侧偏角β0和实际侧偏角β误差值Δβ，输出为左、右辅助轮目标滑移率ScL、ScR，当|Δβ| [0050] 具体试验： [0051] 基于Matlab/Simulink建立辅助电动主动制动系统动力学仿真试验系统，以加装稳定性控制系统的奇瑞A3轿车参数作为车辆系统参数，搭建辅助电动主动制动系统与独立车辆系统的动力学关联仿真系统。整车动力学模型由发动机模型、传动模型、轮胎模型、ABS模型、ASR模型和ESP模型组成。分别在两种试验工况下对独立车辆系统和基于辅助电动主动制动系统的汽车稳定性试验系统(简称试验系统)，进行ESP控制性能的试验分析和验证。 [0052] 在不足转向、过多转向试验工况下，分别进行有、无ESP控制的独立车辆系统的稳定控制试验研究，调整ESP控制策略使独立车辆系统获得良好中性转向性能；基于相同试验工况，在不足转向、过多转向试验工况下，分别进行有、无ESP控制的试验系统稳定控制性能分析。采用车辆质心运动轨迹和侧偏角来衡量车辆稳定性控制的效果。 [0053] 不足转向特性试验的仿真条件：汽车前轮转角为15°；初速度v0＝5km/h；路面为对开路面，两内侧车轮地面附着系数为0.8，两外侧车轮地面附着系数为0.2。 [0054] 图5a为不足转向条件下车辆质心轨迹，图5b为不足转向条件下车辆质心侧偏角，图中可以看出，无ESP控制的试验系统较无ESP控制的独立车辆系统具有减小不足转向的趋势和能力，系统稳定性得到一定改善；有ESP控制时两系统性能曲线重合，图中细实线被粗实线遮挡。说明试验系统和独立车辆系统ESP控制性能具有显著一致性，可基于试验系统进行ESP控制性能试验。 [0055] 过多转向特性试验的仿真条件：汽车前轮转角为15°；初速度v0＝5km/h；路面为对开路面，两内侧车轮地面附着系数为0.2，两外侧车轮地面附着系数为0.8。 [0056] 图6a为过多转向条件下车辆质心轨迹，图6b为过多转向条件下车辆质心侧偏角，图中可以看出，无ESP控制试验系统较无ESP控制独立车辆系统具有减小过多转向的趋势和能力，能够更好地控制车辆稳定性，可防止较大过多转向危险情况的发生，可见辅助轮主动控制制动力对车辆质心的位移轨迹和侧偏角的作用效果明显；有ESP控制时两系统性能曲线一致，说明试验系统和独立车辆系统ESP控制性能具有显著一致性，可基于试验系统进行ESP控制性能试验。 [0057] 尽管在上文中参考特定的实施例对本发明进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本发明公开的原理和范围内，可以针对本发明公开的配置和细节做出许多修改。本发明的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。 |
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