[发明专利]冗余执行机构电动汽车的主动安全控制系统及方法

摘要

本发明提供一种冗余执行机构电动汽车的主动安全控制系统，其特征在于该系统包括驾驶员操纵平台、整车动力学控制器、轮胎力分配控制器和传感/观测机构；驾驶员操纵平台连接整车动力学控制器，整车动力学控制器连接轮胎力分配控制器，轮胎力分配控制器连接至被控对象，传感/观测机构检测被控对象的信息；传感/观测机构连接至整车动力学控制器和轮胎力分配控制器。本发明提升了车辆的安全性和可靠性。

主权项

一种冗余执行机构电动汽车的主动安全控制方法，其特征在于：该方法利用如下系统实现：该系统包括驾驶员操纵平台、整车动力学控制器、轮胎力分配控制器和传感/观测机构；驾驶员操纵平台连接整车动力学控制器，整车动力学控制器连接轮胎力分配控制器，轮胎力分配控制器连接至被控对象，传感/观测机构检测被控对象的信息；传感/观测机构连接至整车动力学控制器和轮胎力分配控制器；所述整车动力学控制器包括驾驶员意图辨识模块和车辆姿态控制器，所述轮胎力分配控制器包括轮胎力分配器和轮胎力控制器，所述传感/观测机构包括传感机构和观测机构，驾驶员操纵平台连接至驾驶员意图辨识模块，驾驶员意图辨识模块连接至车辆姿态控制器，车辆姿态控制器一方面连接至驾驶员操纵平台，另一方面与轮胎力分配器连接；轮胎力分配器连接至轮胎力控制器，轮胎力控制器连接至被控对象；传感/观测机构检测被控对象的信息，传感机构连接至轮胎力控制器和观测机构，观测机构连接至车辆姿态控制器、轮胎力分配器和轮胎力控制器；传感机构包括加速度传感器、陀螺仪、GPS、光电码盘、电流传感器、电压传感器和流量传感器；观测机构包括滑转状态观测器、回正力矩观测器、法相载荷观测器、滑移率观测器、侧偏角观测器、横摆角速度观测器、侧向速度观测器、纵向速度观测器和轮胎力饱和观测器；其中加速度传感器连接至滑转状态观测器、回正力矩观测器、法相载荷观测器、滑移率观测器、侧偏角观测器、侧向速度观测器和纵向速度观测器；陀螺仪连接至滑转状态观测器、回正力矩观测器、滑移率观测器、侧偏角观测器、横摆角速度观测器、侧向速度观测器和纵向速度观测器；GPS连接至滑转状态观测器、回正力矩观测器、滑移率观测器、侧偏角观测器、横摆角速度观测器、侧向速度观测器和纵向速度观测器；光电码盘连接至滑转状态观测器、回正力矩观测器、滑移率观测器和侧偏角观测器；电流传感器连接至滑转状态观测器和回正力矩观测器；电压传感器连接至滑转状态观测器和回正力矩观测器；流量传感器连接至滑转状态观测器；光电码盘、电流传感器、电压传感器和流量传感器连接至轮胎力控制器；滑转状态观测器和回正力矩观测器连接至轮胎力饱和观测器，轮胎力饱和观测器连接至轮胎力分配器；法相载荷观测器、滑移率观测器和侧偏角观测器连接至轮胎力分配器，滑移率观测器和侧偏角观测器还连接至轮胎力控制器；横摆角速度观测器、侧向速度观测器和纵向速度观测器连接至车辆姿态控制器；所述轮胎力控制器包括四轮轮毂电机控制器、四轮液压制动控制器和四轮转向电机控制器；被控对象包括设置在整车上的四个轮毂电机、四路液压制动和四个转向电机；四轮轮毂电机控制器连接至四个轮毂电机，四轮液压制动控制器连接至四路液压制动，四轮转向电机控制器连接四个转向电机；四轮轮毂电机控制器连接传感/观测机构内的光电码盘、电流传感器、电压传感器以及滑移率观测器；四轮液压制动控制器连接传感/观测机构内的光电码盘、流量传感器和滑移率观测器；四轮转向电机控制器连接传感/观测机构内的光电码盘、电流传感器、电压传感器以及侧偏角观测器；该方法如下：①、将驾驶员对方向盘、加速踏板和制动踏板的操作，利用驾驶员操纵平台转化为加速、制动和转向信号，并通过驾驶员操纵平台将信号送至整车动力学控制器，若驾驶员操纵平台收到整车动力学控制器的警报信号，则根据警报信号对驾驶员发出相应的警报；②、利用驾驶员意图辨识模块接收驾驶员操纵平台提供的加速、制动和转向信号，计算出为实现驾驶员意图车辆当前所需的纵向速度、侧向速度和横摆角速度，并将其以信号的形式输出给车辆姿态控制器；③、利用车辆姿态控制器根据驾驶员意图辨识模块提供的车辆纵向速度、侧向速度和横摆角速度信号，以及传感/观测机构提供的车辆当前纵向速度、侧向速度和横摆角速度信号，计算出为实现驾驶员意图，车辆当前所需的纵向合力、侧向合力和横摆合力矩，若收到轮胎力分配控制器提供的执行机构饱和警报信号，则根据驾驶员意图辨识模块提供的车辆纵向速度、侧向速度和横摆角速度以及传感/观测机构提供的车辆当前纵向速度、侧向速度和横摆角速度信号做比较，若对应信号之差没有被放大的趋势，则按为实现驾驶员意图所需要的纵向合力、侧向合力和横摆合力矩输出，并向驾驶员操纵平台发出警报；若对应信号之差有被放大的趋势，则通过优化算法，调节纵向合力、侧向合力和横摆合力矩输出，并向驾驶员操纵平台发出警报；④、利用轮胎力分配器接收整车动力学控制器提供的纵向合力、侧向合力和横摆合力矩信号，以及传感/观测机构提供的四轮滑移率和四轮侧偏角信号，利用非线性规划方法进行处理，其中目标函数以输出滑移率给定、侧偏角给定和滑移率给定变化、侧偏角给定变化最小为原则进行定义，若收到传感/观测机构提供的轮胎饱和信息，则根据传感/观测机构提供的轮胎饱和、滑移率、侧偏角和法相载荷信息，计算出饱和轮胎所能输出的最大力，作为非线性规划的限制条件，再次进行非线性规划，同时对整车动力学控制器发出执行机构饱和报警信号；⑤、通过轮胎力控制器内的四轮轮毂电机控制器接收四轮滑移率给定信号，以及传感/观测机构提供的四轮驱动电机反馈和四轮滑移率、四轮轮速信号，利用四轮驱动电机反馈、四轮轮速信息、四轮滑移率给定信号和四轮滑移率信号的差值，分别输出四轮驱动电机控制信号；⑥、轮胎力控制器内的四轮液压制动控制器接收四轮滑移率给定信号，以及传感/观测机构提供的四轮制动压力反馈、四轮滑移率和四轮轮速信号，利用四轮制动压力反馈、四轮轮速信息、四轮滑移率给定信号和四轮滑移率信号的差值，分别输出四轮液压制动控制信号；⑦、利用轮胎力控制器内的四轮转向电机控制器接收四轮侧偏角给定信号，以及传感/观测机构提供的四轮转向电机反馈、四轮侧偏角和四轮转角信号，利用四轮转向电机反馈、四轮转角、四轮侧偏角给定信号和四轮侧偏角信号的差值，分别输出四轮转向电机控制信号；⑧、利用轮胎力饱和观测器，根据滑转状态观测器和回正力矩观测器输出的信号进行判断，若滑转状态观测器观测到某一轮胎存在打滑趋势，则认为轮胎纵向力进入饱和状态,或回正力矩观测器观测到回正力矩逐渐减小至零，则根据回正力矩与侧向力的关系,认为轮胎侧向力进入饱和状态，同时将轮胎饱和信息送至轮胎力分配器。