[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统的控制方法，其特征在于，所述基于轮边驱动电动车的电磁悬架系统，包括簧载质量(1)、弹性元件(2)、减振器(3)、直线电机(4)、轮毂电机(5)、簧下质量(6)、加速度信号传感器(7)、位移传感器A(8)、位移传感器B(9)和ECU；所述弹性元件(2)两端分别固连在簧载质量(1)与轮毂电机(5)上，减振器(3)的两端分别固连在簧载质量(1)与轮毂电机(5)之间，轮毂电机(5)的另一端通过轴承与簧下质量(6)连接；所述直线电机(4)套于弹性元件(2)内部，加速度信号传感器(7)安装在簧载质量(1)上，位移传感器A(8)安装在簧载质量(1)上，位移传感器B(9)安装在簧下质量(6)上；所述ECU分别与加速度信号传感器(7)、位移传感器A(8)和位移传感器B(9)电连接，所述ECU通过加速度信号传感器(7)采集簧载质量(1)的加速度信号，通过位移传感器A(8)采集簧载质量(1)的位移信号，通过位移传感器B(9)采集簧下质量(6)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(4)输出作动力；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(4)输出作动力；所述LQG控制算法具体为：1)建立带轮毂电机的电磁悬架模型振动微分方程：其中，Z_s为簧载质量垂向位移，Z_v为轮毂电机垂向位移，Z_t为簧下质量垂向位移，q为路面垂向位移，K_s为弹性元件刚度，K_v为轮毂电机等效刚度，k_t为轮胎等效刚度，C为减振器阻尼系数，F_a为直线电机作动力，F_v为电机垂向力，m_s为簧载质量，m_v为轮毂电机质量，m_t为簧下质量；并以矩阵形式表达，如下式：其中，其中，W为高斯白噪声输入矩阵，U为控制输入矩阵，即W＝[w]，U＝[F_a]，Y＝[F_V]；G₀为路面不平度系数，U₀为车辆前进速度，f₀为下截至频率,w为均值为零的高斯白噪声；2)确定LQG控制指标车身垂向加速度、悬架动行程、车轮动位移并确定目标函数如下：其中，q₁为轮胎动位移的加权系数，q₂为悬架动行程的加权系数，q₃为车身加速度的加权系数，T为一个时间周期；3)将目标函数改写成标准二次型形式：其中：4)根据黎卡提方程AK+KA^T+Q‑KBR^‑1B^TK+FWF^T＝0求出增益矩阵K＝(k₁k₂k₃k₄k₅)；5)根据增益矩阵K和状态变量X，可得出直线电机输出的最优控制力：车辆的ECU通过加速度信号传感器(7)采集簧载质量(1)的加速度信号，通过位移传感器A(8)采集簧载质量(1)的位移信号，通过位移传感器B(9)采集簧下质量(6)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。