本發明屬于汽車行駛安全電子控制技術領域，特別是一種成本低且能兼顧車輛行駛的各種工況的電機式主動穩定桿控制系統。

背景技術：

現有汽車穩定桿大多采用被動式穩定桿。這種被動式穩定桿只針對車輛發生側傾的工況設計，結構形式固定單一，剛度無法調節。當車輛在平穩路面上行駛時易造成懸架剛度太大，無法同時兼顧乘坐舒適性以及操縱穩定性。為此，在此基礎上改進得到了主動穩定桿。主動式穩定桿能根據車輛的不同側傾程度實時調整穩定桿兩端的反側傾力矩值。能同時兼顧乘坐舒適性以及操縱穩定性。

為系統控制主動式穩定桿，中國發明專利申請“一種車用主動穩定桿的控制系統及控制方法”(申請號：2011101548931.1，公開日：2013.06.12)。該控制系統包括：橫向加速度傳感器、活塞位移傳感器和側傾角傳感器，控制單元，執行機構。其通過傳感器采集到的信號輸入控制單元，控制單元決定是否改變活塞位移和改變活塞位移的多少。該控制系統僅適用于液壓式主動穩定桿，由于液壓式主動穩定桿作動器的活塞機構移動的位移有限，所以僅比較適用于大型車輛，且該控制系統僅判斷發生側傾和無側傾兩種工況，存在精確性差，控制局限性大的問題。

中國發明專利申請“一種自適應車輛橫向穩定控制裝置”(申請號：201010589149.X，公開日：2013.03.27)，該控制系統包括：輪速傳感器、傾角傳感器和方向盤轉角傳感器，高度傳感器，控制單元，穩定桿。其通過側傾角傳感器測的車輛的運行狀態及行駛路面狀況輸入電子控制單元。由于車輛側傾角度小，使用傾角傳感器誤差大，精確度不高。且該控制裝置中采用了阻尼補償和摩擦補償的方式，設計的抗干擾控制器，計算量太大，對于ECU要求較高，間接提高了開發成本。

總之，現有技術存在的問題是：不能根據車輛不同的行駛工況選擇合理的工作模式，無法實時調整所需的反側傾力矩值，抑制車身側傾效果不佳。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種電機式主動穩定桿控制系統，可以根據車輛不同的行駛工況選擇合理的工作模式，實時調整所需的反側傾力矩值，有效抑制車身側傾。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種電機式主動穩定桿控制系統，包括橫向加速度傳感器、側傾角速度傳感器、輪速傳感器、轉向角傳感器、傾角傳感器、橫擺角速度傳感器，ECU控制單元，驅動電路和執行機構；所述ECU控制單元通過驅動電路與執行機構電連接，所述橫向加速度傳感器、側傾角速度傳感器、輪速傳感器、轉向角傳感器、傾角傳感器和橫擺角速度傳感器分別與ECU控制單元電連接。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：

1、與傳統的被動式穩定桿相比，主動穩定桿能實時調整輸出扭矩的大小，與液壓式主動穩定桿相比，電機式主動穩定桿結構簡單、易于控制，響應速度快。

2、采用分層的控制算法，引入側向加速度以及側傾角速度信號，側向加速度使ECU使車輛的實際側傾角的穩態值達到目標值，側傾角速度信號使車輛的實際側傾角快速的收斂到目標值。

3、永磁直流無刷電機控制采用三環控制，電機轉角控制環和轉速環都采用PI控制，控制算法簡單、有效，電流環采用最優控制，可針對永磁直流無刷電機脈沖波動大的問題，有效減小電流脈沖波動，從而達到減小能耗的作用。

4、與目前的電機式主動穩定桿相比，本發明控制系統能兼顧車輛在不同道路的行駛情況以及不同行駛工況，同時保證乘坐舒適性和操縱穩定性。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發明電機式主動穩定桿控制系統的結構框圖。

圖2為圖1中執行機構的結構示意圖。

圖3為三環閉環控制原理圖。

圖4為本發明電機式主動穩定桿控制系統的工作原理圖。

圖中，橫向加速度傳感器1、側傾角速度傳感器2、輪速傳感器3、轉向角傳感器4、傾角傳感器5、橫擺角速度傳感器6、ECU控制單元7、驅動電路8、執行機構9。

具體實施方式

如圖1所示，本發明電機式主動穩定桿控制系統，包括橫向加速度傳感器1、側傾角速度傳感器2、輪速傳感器3、轉向角傳感器4、傾角傳感器5、橫擺角速度傳感器6，ECU控制單元7，驅動電路8和執行機構9；

所述ECU控制單元7通過驅動電路8與執行機構9電連接，所述橫向加速度傳感器1、側傾角速度傳感器2、輪速傳感器3、轉向角傳感器4、傾角傳感器5和橫擺角速度傳感器6分別與ECU控制單元7電連接。

如圖2所示，所述執行機構9包括電機作動器91、左穩定桿92、右穩定桿93、傳動機構94、減速機構95，所述傳動機構94的輸入端與減速機構95的輸出端相連，其輸出端與左穩定桿92、右穩定桿93相連，所述減速機構95的輸入端與電機作動器91的輸出端相連。

如圖3所示，所述ECU控制單元7綜合各傳感器的信號輸入，通過驅動電路8使執行機構9處于對應的工作模式。

所述工作模式包括：

工作模式1：當車輛在水平路面上行駛，且車輛速度v<10km/h時；

工作模式2：當車輛速度為10km/h≤v<30km/h之間且在側坡坡度α<10°的側坡上行駛，或者車輛在水平路面上行駛，且車速大于v>30km/h行駛時；

工作模式3：當ECU控制單元7檢測到系統發生故障時，或者車輛在側坡坡度α≥10°且車速在10km/h≤v<30km/h之間時。

當處于工作模式1時，電機自由轉動，主動穩定桿兩端處于斷開狀態，控制系統處于待機狀態，隨時監控車輛行駛狀態；

當車輛在水平路面上行駛，且v<10km/h時，車輛處于穩定行駛狀態。此時，為了提高車輛的乘坐舒適性，系統處于工作模式1，即系統不工作。電機自由轉動，主動穩定桿兩端處于斷開狀態，控制系統處于待機狀態，隨時監控車輛行駛狀態。

當處于工作模式2時，橫向加速度傳感器獲取車輛的側向加速度a_y，側傾角速度傳感器獲取車輛的側傾角速度轉向角傳感器獲取車輛的方向盤轉角δ，橫擺角速度傳感器獲取車輛的橫擺角速度信號γ，輸入ECU控制單元7，

ECU控制單元7、計算出整車總的反側傾力矩、前、后軸反側傾力矩的分配系數，控制電機產生扭矩傳遞給穩定桿，使得穩定桿產生反側傾力矩作用于車身，車輛的側傾狀況反饋給ECU控制單元7，傳感器實時監測車輛的狀態變化，及時反饋車輛的狀態參數給控制系統，控制系統實時調整輸出扭矩的大小以抑制車身側傾；

控制器采用分層結構設計系統的控制算法，分為三層控制器：上層計算出整車總的反側傾力矩；中間層計算前、后軸反側傾力矩的分配系數；底層電機控制器，由電機產生的扭矩傳遞給穩定桿，使得穩定桿產生反側傾力矩作用于車身。車輛的側傾狀況反饋給控制器，傳感器實時監測車輛的狀態變化，及時反饋車輛的狀態參數給控制系統，控制系統實時調整輸出扭矩的大小以抑制車身側傾。

當車輛車速在10km/h≤v<30km/h之間且在側坡坡度α<10°的側坡上行駛，或者車速大于v>30km/h行駛時，為了同時兼顧乘坐舒適性以及操縱穩定性，系統處于工作模式2。將傳感器采集到的信號輸入到控制器ECU7輸入端，控制器采用分層結構設計系統的控制算法。

如圖3所示，當處于工作模式2時，對電機的控制采用三環閉環控制：

外環為位置環，ECU控制單元計算出的目標轉角與電機實際轉角做對比分析，采用PI控制；

中間環為轉速環，采用PI控制；

內環為電流環，采用最優控制，以有效減小電流波動及轉矩脈動。

當處于工作模式3時，系統處于“鎖定桿”狀態，電機短接制動。

如圖4所示，驅動電路的開關電路上橋全部打開，下橋全部關閉，或者上橋全部關閉，下橋全部打開，電機定子的三相繞組被短接成為閉合回路。斷開電源后轉子尚有剩余磁場，而轉子依靠自己的慣性仍在轉動，形成旋轉磁場，轉子的旋轉磁場使定子繞組內產生感應電流，該電流又與轉子的旋轉磁場相互作用迫使轉子迅速停下來。“鎖定桿”狀態使穩定桿以與傳統被動式穩定桿相似的方式進行工作。

當ECU檢測到系統發生故障時，或者車輛處于越野狀態即α≥10°且車速在10km/h≤v<30km/h之間時，為了提升車輛的操縱穩定性，系統將處于工作模式3，即系統處于“鎖定桿”狀態。電機短接制動，即驅動電路的開關電路10上橋全部打開，下橋全部關閉，或者上橋全部關閉，下橋全部打開，電機定子的三相繞組被短接成為閉合回路。處于發電狀態的電機，相當于電源被短路。電源短路后轉子尚有剩余磁場，而轉子依靠自己的慣性仍在轉動，形成旋轉磁場，轉子的旋轉磁場使定子繞組內產生感應電流，該電流又與轉子的旋轉磁場相互作用迫使轉子迅速停下來。“鎖定桿”狀態使穩定桿以與傳統被動式穩定桿相似的方式進行工作。