[发明专利]一种电动轮汽车底盘系统的优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车转向系统、悬架系统、制动系统领域，具体是一种电动轮汽车底盘系统及其优化方法。

背景技术

电动轮技术本身结构具有很好的优势，使其在电动汽车上得到广泛的应用。由于电动轮技术取消了变速器、差速器等机构，简化了传动系统，不仅提高了传动效率，而且减小了传动系统占用的车内空间；将电动机和减速机构直接与车轮集成为一体，有利于整车布置。

电动轮汽车采用了不同于传统的转向及制动结构，应用差速助力转向及差速制动技术，通过改变左右车轮轮毂电机的输出转矩，来控制系统的力传递特性，实现助力转向功能；通过轮毂电机提供的附加转角，来控制系统的位移传递特性，实现主动转向功能；通过改变输入轮毂电机电流大小，控制制动阻力矩大小，实现差速制动功能。上述功能都是由轮毂电机实现，但是由于电动机与固定速比减速装置制成一体，轮胎直接安装在减速装置的输出端上，在这种结构中，电动轮质量全部成为非簧载质量，使得非簧载质量的动力学特性发生变化，影响非簧载质量在运动过程中的平顺性。

转向系统、悬架系统和制动系统是电动轮汽车底盘中三个重要的子系统，其性能直接影响电动轮汽车的操纵稳定性、平顺性和行驶安全性等整车综合性能，三个子系统中相关结构参数直接影响其性能指标，从而影响整车综合性能。通常在对电动轮汽车底盘三大子系统的性能进行优化分析时，人们习惯把它们之间的相互影响相对独立，即对电动轮汽车转向系统、悬架系统和制动系统建立相对独立的动力学模型进行分析。例如，分析汽车悬架的振动平顺性时，往往忽略轮胎侧向力和纵向力对其的影响；或者，在分析汽车转向系统横摆运动和侧向运动时忽略路面不平度输入和车身振动引起的垂向因素和车身侧倾的影响。这样的分析与假设在一定程度上简化了动力学模型的复杂程度，降低性能分析的难度，但同时也减少了电动轮汽车整体优化的实用性能。

汽车在转向工况下车身的横摆角速度、制动工况下车身的俯仰角等性能指标对悬架性能有着重要的影响；同时转向、制动系统的优化也受到悬架优化的影响。由于三个子系统之间存在一定的耦合关系，子系统之间相互影响、相互制约，简单的串行叠加优化并不能获得集成系统最优的整体综合性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种电动轮汽车底盘系统及其优化方法，根据由传感器得到的车速、轮速、方向盘转角、转向力矩、横摆角速度、制动踏板位置、路面输入等信息，在转向/制动工况下，考虑转向横摆力矩和侧向力、制动纵向力和俯仰角、悬架侧倾、轮胎垂直载荷、路面激励等影响及差速转向模块机械参数、主动悬架模块结构参数、差速制动机械参数等因素对电动轮汽车整体性能的影响，对底盘系统进行优化。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种电动轮汽车底盘系统，包含差速转向模块、差速制动模块和主动悬架模块；

所述差速转向模块包括方向盘转矩转角传感器、齿轮齿条转向器、两个轮毂电机、车速传感器、两个轮速传感器、横摆角速度传感器和差速转向控制ECU；

汽车的方向盘总成通过转向柱与齿轮齿条转向器连接，齿轮齿条转向器通过转向横拉杆与汽车前轮的车轴连接；

所述方向盘转矩转角传感器设置在转向柱上，用于获取汽车方向盘的转矩和转角；

所述两个轮毂电机分别用于两个前轮的驱动与制动；

所述车速传感器用于获得汽车的车速；

所述两个轮速传感器分别设置在两个前轮上，分别用于获得两个前轮的角速度；

所述横摆角速度传感器用于汽车的横摆角速度；

所述差速转向控制ECU分别和方向盘转矩转角传感器、两个轮毂电机、车速传感器、两个轮速传感器、横摆角速度传感器电气相连，用于根据汽车方向盘的转矩和转角、车速、两个前轮的角速度、横摆角速度进行调节，对左右轮毂电机发出电流信号，使得左右轮毂电机输出不同的驱动力矩，以实现差速助力转向；

所述主动悬架模块包括弹性元件、阻尼元件、力发生器和导向机构；

所述导向机构通过弹性元件、阻尼元件、力发生器将汽车的车身与车架相连；

所述差速制动模块包括制动踏板位置传感器和差速制动控制ECU；

所述制动踏板位置传感器用于获取汽车制动踏板被踏下的行程；

所述差速制动控制ECU分别制动踏板位置传感器、两个轮毂电机、车速传感器、两个轮速传感器、横摆角速度传感器电气相连，用于根据制动踏板被踏下的行程、车速、两个前轮的角速度、横摆角速度进行调节，对左右轮毂电机发出电流信号，使得左右轮毂电机输出不同的制动力矩，以实现差速制动。