一種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制方法及系統的製作方法

2023-06-12 07:47:41

一種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制方法及系統，解決了現有技術中電動汽車ARS和DYC兩安全系統同時工作，出現耦合而降低整車性能的技術問題，所述方法包括：當車輛轉向時，獲取方向盤轉角和車速；基於車速和車速傳動比數學模型，獲取方向盤與後輪轉角之間的變傳動比；基於方向盤轉角獲取前輪轉角；基於變傳動比車輛理想模型、車速和前輪轉角獲取車輛理想狀態；基於電動汽車非線性八自由度模型、車速和前輪轉角，獲取車輛實際狀態；獲取車輛實際狀態相對於車輛理想狀態的車輛狀態誤差；針對車工作在非線性區域或線性區域，分別通過ARS+DYC或ARS，控制消除或減小車輛狀態誤差，以使車輛穩定運行。
【專利說明】一種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制方法及系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電動車穩定性控制【技術領域】，尤其涉及一種四輪獨立驅動電動車穩定 性控制方法及系統。

【背景技術】
[0002] 隨著汽車技術的發展，電動汽車由於採用高效率充電電池或燃料電池為動力源， 本身不排放汙染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發電廠的排放，除硫和微粒外，其 它汙染物也顯著減少，大大提高社會經濟效益。另外，有關研究表明，同樣的原油經過粗煉， 送至電廠發電，經充入電池，再由電池驅動汽車，其能量利用效率比經過精煉變為汽油，再 經汽油機驅動汽車高，因此有利於節約能源和減少二氧化碳的排量，正是這些優點，使電動 汽車的研究和應用成為汽車工業的一個"熱點"。目前電動汽車在市場上已佔據部分汽車市 場份額，並且受到廣大消費者的喜愛。
[0003] 為了提高電動汽車的操縱穩定性，一些安全控制技術已經應用於汽車，比如 直接橫擺力矩控制<X*YC，DirectYaw-momentControl)、主動前輪轉向（AFS，Active Front-wheelSteering)、主動後輪轉向（ARS，ActiveRear-wheelSteering)、牽引控制 系統（TCS,TractionControlSystem)和電子穩定程序（ESP，ElectronicStability Program)等。
[0004] 電動汽車通常在轉向、高速或行經惡劣道路等情況下會出現不穩定因素。人們常 會用精準、輕便來評價一款車的轉向系統，而且轉向系統直接關乎車輛的行駛安全與操控 性能。轉向特性一般可以分為不足轉向、中性轉向和過度轉向三種情況。後輪轉向存在與前 輪同向和反向兩種情況，而且這兩種情況也會表現出兩種完全不同的轉向特性，簡單來說 就是同向增加不足轉向，反向增加過度轉向。車輛在低速行駛時，可以通過後輪與前輪的反 向轉動來適當增加轉向過度。高速行駛的車輛遇到緊急變線的情況時，在沒有任何電子輔 助系統的幫助下，很容易出現轉向過度的傾向，通過主動後輪轉向（ARS)產生一個很小但 很重要的與前輪相同方向的轉向則可以彌補轉向過度的趨勢，這樣會讓汽車有更好的平衡 性。另外，為了淡化駕駛人員的操作技能對車輛運動安全性的影響，在車輛的各種行駛狀態 下通過對每個車輪的受力進行調節，汽車直接橫擺力矩（DYC)控制產生橫擺力矩克服過多 轉向或不足轉向，從而主動地對車輛進行動力學控制提高汽車在高速和惡劣道路等極限條 件下行駛時的操縱穩定性；也就是說，ARS和DYC是電動汽車較常採用的穩定性控制手段。 [0005] 但是，這些安全控制系統（如DYC、ARS)都是獨立設計以解決或改善汽車的特定性 能。當各系統在整車上同時工作時，系統之間出現的耦合問題會降低其整車的性能。也就 是說，現有技術中，當電動汽車直接橫擺力矩控制系統和主動後輪轉向系統同時工作時，兩 個安全系統之間會出現耦合而降低整車性能。


【發明內容】

[0006] 本發明針對現有技術中存在的當電動汽車直接橫擺力矩控制系統和主動後輪轉 向系統同時工作時，兩個安全系統之間會出現耦合而降低整車性能的問題，提供一種四輪 獨立驅動電動汽車穩定性控制方法及系統，以提高車輛在低速行駛時的操縱性和高速行駛 時的穩定性。
[0007] -方面，本發明實施例提供了一種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制方法，所述 方法包括步驟：
[0008]S1、當四輪獨立轉向電動汽車處於工作狀態且需要轉向時，獲取所述電動汽車的 方向盤轉角和車速；其中，所述車速為可變速度；
[0009]S2、基於所述車速和車速傳動比數學模型，獲取在不同車速下所述電動汽車的方 向盤與後輪轉角之間的變傳動比；
[0010]S3、基於所述方向盤轉角，獲取所述電動汽車的前輪轉角；
[0011]S4、基於變傳動比車輛理想模型、所述車速和所述前輪轉角，獲取所述電動汽車的 車輛理想狀態；同時，基於電動汽車非線性八自由度模型、所述車速和所述前輪轉角，獲取 所述電動汽車的車輛實際狀態；進而獲取所述車輛實際狀態相對於所述車輛理想狀態的車 輛狀態誤差；
[0012]S5、在獲取所述車輛狀態誤差之後，當所述電動汽車工作在非線性區域時，通過所 述電動汽車的主動後輪轉向控制器和直接橫擺力矩控制器，控制消除或減小所述車輛狀態 誤差，以使所述電動汽車穩定運行；當所述電動汽車工作在線性區域時，通過所述主動後輪 轉向控制器，控制消除或減小所述車輛狀態誤差，以使所述電動汽車穩定運行。
[0013] 可選的，所述主動後輪轉向控制器由線性滑模控制模塊設計構成；所述直接橫擺 力矩控制器由非線性滑模控制模塊設計構成。
[0014] 可選的，所述變傳動比車輛理想模型具體為變傳動比二自由度車輛動力學模型， 所述步驟S4包括以下步驟：
[0015] S41、獲取所述電動汽車所行駛路面的附著係數；
[0016]S42、基於所述變傳動比二自由度車輛動力學模型、所述附著係數、所述車速和所 述前輪轉角，獲取所述電動汽車的期望橫擺角速度；同時，基於電動汽車非線性八自由度模 型、所述車速和所述前輪轉角，獲取所述電動汽車的實際橫擺角速度；進而獲取所述實際橫 擺角速度相對於所述期望橫擺角速度的橫擺角速度誤差。
[0017] 可選的，所述步驟S5,包括步驟：
[0018]S51、基於所述附著係數，確定所述電動汽車工作在線性區域還是非線性區域；
[0019]S52、當所述車輛工作在線性區域時，通過所述主動後輪轉向控制器，控制所述電 動汽車的後輪轉動，獲取所述電動汽車的第一後輪轉角；並基於所述前輪轉角、所述第一後 輪轉角以及所述電動汽車非線性八自由度模型，控制消除或減小所述橫擺角速度誤差，以 使所述電動汽車穩定運行；
[0020] 當所述車輛工作在非線性區域時，通過所述主動後輪轉向控制器，控制所述電動 汽車的後輪轉動，獲取所述電動汽車的第二後輪轉角；同時，通過所述直接橫擺力矩控制 器，獲取所述電動汽車的車輪輪胎力，並基於所述車輪輪胎力產生補償橫擺力矩；並基於所 述前輪轉角、所述第二後輪轉角、所述補償橫擺力矩以及所述電動汽車非線性八自由度模 型，控制消除或減小所述車輛狀態誤差，以使所述電動汽車穩定運行。
[0021] 可選的，所述第一後輪轉角為關於第一飽和函數的多項式；所述第二後輪轉角為 關於第二飽和函數的多項式；所述補償橫擺力矩為關於符號函數的多項式；其中，所述第 一飽和函數和所述第二飽和函數具體為關於第一滑模面積分算子的飽和函數，所述符號函 數具體為關於第二滑模面積分算子的飽和函數。
[0022] 另一方面，本發明實施例還提供了一種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制系統， 所述系統包括步驟：
[0023] 方向盤轉角和車速獲取單元，用於當四輪獨立轉向電動汽車處於工作狀態且需要 轉向時，獲取所述電動汽車的方向盤轉角和車速；其中，所述車速為可變速度；
[0024] 變傳動比獲取單元，用於基於所述車速和車速傳動比數學模型，獲取在不同車速 下所述電動汽車的方向盤與後輪轉角之間的變傳動比；
[0025] 前輪轉角獲取單元，用於基於所述方向盤轉角，獲取所述電動汽車的前輪轉角；
[0026] 車輛狀態獲取單元，用於基於變傳動比車輛理想模型、所述車速和所述前輪轉角， 獲取所述電動汽車的車輛理想狀態；同時，基於電動汽車非線性八自由度模型、所述車速和 所述前輪轉角，獲取所述電動汽車的車輛實際狀態；進而獲取所述車輛實際狀態相對於所 述車輛理想狀態的車輛狀態誤差；
[0027] 穩定性控制單元，用於在獲取所述車輛狀態誤差之後，當所述電動汽車工作在非 線性區域時，通過所述電動汽車的主動後輪轉向控制器和直接橫擺力矩控制器，控制消除 或減小所述車輛狀態誤差，以使所述電動汽車穩定運行；當所述電動汽車工作在線性區域 時，通過所述主動後輪轉向控制器，控制消除或減小所述車輛狀態誤差，以使所述電動汽車 穩定運行。
[0028] 可選的，所述主動後輪轉向控制器由線性滑模控制模塊設計構成；所述直接橫擺 力矩控制器由非線性滑模控制模塊設計構成。
[0029] 可選的，所述變傳動比車輛理想模型具體為變傳動比二自由度車輛動力學模型， 所述車輛狀態獲取單元，包括：
[0030] 路面附著係數獲取模塊，用於獲取所述電動汽車所行駛路面的附著係數；
[0031] 車輛狀態獲取模塊，用於基於所述變傳動比二自由度車輛動力學模型、所述附著 係數、所述車速和所述前輪轉角，獲取所述電動汽車的期望橫擺角速度；同時，基於電動汽 車非線性八自由度模型、所述車速和所述前輪轉角，獲取所述電動汽車的實際橫擺角速度； 進而獲取所述實際橫擺角速度相對於所述期望橫擺角速度的橫擺角速度誤差。
[0032] 可選的，所述穩定性控制單元，包括：
[0033] 工作區域確定模塊，用於基於所述附著係數，確定所述電動汽車工作在線性區域 還是非線性區域；
[0034] 穩定性控制模塊，用於當所述車輛工作在線性區域時，通過所述主動後輪轉向控 制器，控制所述電動汽車的後輪轉動，獲取所述電動汽車的第一後輪轉角；並基於所述前輪 轉角、所述第一後輪轉角以及所述電動汽車非線性八自由度模型，控制消除或減小所述橫 擺角速度誤差，以使所述電動汽車穩定運行；
[0035] 當所述車輛工作在非線性區域時，通過所述主動後輪轉向控制器，控制所述電動 汽車的後輪轉動，獲取所述電動汽車的第二後輪轉角；同時，通過所述直接橫擺力矩控制 器，獲取所述電動汽車的車輪輪胎力，並基於所述車輪輪胎力產生補償橫擺力矩；並基於所 述前輪轉角、所述第二後輪轉角、所述補償橫擺力矩以及所述電動汽車非線性八自由度模 型，控制消除或減小所述車輛狀態誤差，以使所述電動汽車穩定運行。
[0036] 可選的，所述第一後輪轉角為關於第一飽和函數的多項式；所述第二後輪轉角為 關於第二飽和函數的多項式；所述補償橫擺力矩為關於符號函數的多項式；其中，所述第 一飽和函數和所述第二飽和函數具體為關於第一滑模面積分算子的飽和函數，所述符號函 數具體為關於第二滑模面積分算子的飽和函數。
[0037] 本發明實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：
[0038] 由於在本發明實施例中，當四輪獨立轉向電動車處於工作狀態且需要轉向時，通 過獲取所述電動車的方向盤轉角和車速；基於所述車速和車速傳動比數學模型，獲取在不 同車速下所述電動車的方向盤與後輪轉角之間的變傳動比；再基於所述方向盤轉角，獲取 所述電動車的前輪轉角；進一步，結合變傳動比車輛理想模型、所述車速和所述前輪轉角， 獲取所述電動車的車輛理想狀態；同時，基於電動汽車非線性八自由度模型、所述車速和所 述前輪轉角，獲取所述電動汽車的車輛實際狀態；進而獲取所述車輛實際狀態相對於所述 車輛理想狀態的車輛狀態誤差；最終在獲取所述車輛狀態誤差之後，當所述電動汽車工作 在非線性區域時，通過所述電動汽車的主動後輪轉向控制器和直接橫擺力矩控制器，控制 消除或減小所述車輛狀態誤差，以使所述電動汽車穩定運行；當所述電動汽車工作在線性 區域時，通過所述主動後輪轉向控制器，控制消除或減小所述車輛狀態誤差，以使所述電動 汽車穩定運行；也就是說，基於變傳動比車輛理想模型和電動汽車非線性八自由度模型，根 據車輛的實際工作情況，如工作在線性區域或非線性區域，選擇合適的安全系統進行穩定 性控制，具體的，當車輛工作在線性區域時，只啟用主動後輪轉向控制器進行安全控制，當 車輛工作在非線性區域時，啟用主動後輪轉向控制器和直接橫擺力矩控制器同時進行安全 控制，解決了現有技術中當電動汽車直接橫擺力矩控制系統和主動後輪轉向系統同時工作 時，兩個安全系統之間會出現耦合而降低整車性能的技術問題，提高了車輛低速行駛時的 操縱性和高速行駛時的穩定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0040] 圖1A-圖1D為本發明實施例提供的四輪獨立轉向電動車轉向示意圖；
[0041] 圖2為本發明實施例提供的第一種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制方法流程 圖；
[0042] 圖3為本發明實施例提供的第二種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制方法流程 圖；
[0043] 圖4為本發明實施例提供的與車速相關的電動汽車轉向變傳動比曲線圖；
[0044] 圖5為本發明實施例提供的SAE標準坐標系八自由度車輛模型示意圖；
[0045] 圖6為本發明實施例提供的第三種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制方法流程 圖；
[0046] 圖7為本發明實施例提供的主動後輪轉向控制器設計採用的線性二自由度車輛 模型；
[0047] 圖8為本發明實施例提供的車速v= 30m/s且附著係數為ii= 0. 85的Matlab 仿真輸入轉向角示意圖；
[0048] 圖9為本發明實施例提供的車速v= 30m/s且附著係數為ii= 0. 45的Matlab 仿真輸入轉向角示意圖；
[0049] 圖10A-圖10D為本發明實施例提供的未控制系統與ARS+DYC集成控制系統仿真 結果對比圖；
[0050] 圖11A-圖11D為本發明實施例提供的未控制系統、ARS控制系統以及ARS+DYC集 成控制系統仿真結果對比圖；
[0051] 圖12A-圖12C為本發明實施例提供的DYC控制系統和ARS+DYC集成控制系統仿 真結果對比圖；
[0052]圖13為本發明實施例提供的第一種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制系統結構 框圖；
[0053] 圖14為本發明實施例提供的第二種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制系統結構 框圖。

【具體實施方式】
[0054] 本發明實施例通過提供一種四輪獨立轉向電動車轉向控制方法，解決了現有技術 中存在的當電動汽車直接橫擺力矩控制系統和主動後輪轉向系統同時工作時，兩個安全系 統之間會出現耦合而降低整車性能的技術問題，提高了車輛低速行駛時的操縱性和高速行 駛時的穩定性。
[0055] 本發明實施例的技術方案為解決上述技術問題，總體思路如下：
[0056] 本發明實施例提供了一種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制方法，所述方法包括 步驟：當四輪獨立轉向電動汽車處於工作狀態且需要轉向時，獲取所述電動汽車的方向盤 轉角和車速；其中，所述車速為可變速度；基於所述車速和車速傳動比數學模型，獲取在不 同車速下所述電動汽車的方向盤與後輪轉角之間的變傳動比；基於所述方向盤轉角，獲取 所述電動汽車的前輪轉角；基於變傳動比車輛理想模型、所述車速和所述前輪轉角，獲取所 述電動汽車的車輛理想狀態；同時，基於電動汽車非線性八自由度模型、所述車速和所述前 輪轉角，獲取所述電動汽車的車輛實際狀態；進而獲取所述車輛實際狀態相對於所述車輛 理想狀態的車輛狀態誤差；在獲取所述車輛狀態誤差之後，通過所述電動汽車的主動後輪 轉向控制器和直接橫擺力矩控制器，或通過所述主動後輪轉向控制器，控制消除或減小所 述車輛狀態誤差，以使所述電動汽車穩定運行。
[0057] 可見，在本發明實施例中，基於變傳動比車輛理想模型和電動汽車非線性八自由 度模型，根據車輛的實際工作情況，如工作在線性區域或非線性區域，選擇合適的安全系統 進行穩定性控制，具體的，當車輛工作在線性區域時，只啟用主動後輪轉向控制器進行安全 控制，當車輛工作在非線性區域時，啟用主動後輪轉向控制器和直接橫擺力矩控制器同時 進行安全控制，解決了現有技術中當電動汽車直接橫擺力矩控制系統和主動後輪轉向系統 同時工作時，兩個安全系統之間會出現耦合而降低整車性能的技術問題，提高了車輛低速 行駛時的操縱性和高速行駛時的穩定性。
[0058] 為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上 述技術方案進行詳細的說明，應當理解本發明實施例以及實施例中的具體特徵是對本申請 技術方案的詳細的說明，而不是對本申請技術方案的限定，在不衝突的情況下，本發明實施 例以及實施例中的技術特徵可以相互組合。
[0059] 實施例一
[0060] 本發明實施例提供了一種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制方法；其中，四輪獨 立驅動電動汽車設置有四個獨立的動力驅動電機和四個獨立的轉向驅動電機，即每個輪子 分別設置有兩個驅動電機，一個用來作為動力驅動，另一個用來作為轉向驅動，這樣的輪子 驅動設計，使得車子轉動的角度變大，每個車輪都能進行180度轉向（包括正向及反向各90 度），甚至可以橫向移動，如圖1所不；具體的，圖1A表75車原地轉向，圖1B表75車橫向行 駛，圖1C表75車同向偏轉（如原行駛方向為向右，轉向方向仍為右），圖1D表75車異向偏 轉（如原行駛方向為向右，轉向方向仍為左）。接著，請參考圖2,所述轉向控制方法包括步 驟：
[0061] S1、當四輪獨立轉向電動車處於工作狀態且需要轉向時，獲取所述電動車的方向 盤轉角和車速；其中，所述車速為可變速度；
[0062] S2、基於所述車速和車速傳動比數學模型，獲取在不同車速下所述電動車的方向 盤與後輪轉角之間的變傳動比；
[0063] S3、基於所述方向盤轉角，獲取所述電動車的前輪轉角；
[0064] S4、基於變傳動比車輛理想模型、所述車速和所述前輪轉角，獲取所述電動汽車的 車輛理想狀態；同時，基於電動汽車非線性八自由度模型、所述車速和所述前輪轉角，獲取 所述電動汽車的車輛實際狀態；進而獲取所述車輛實際狀態相對於所述車輛理想狀態的車 輛狀態誤差；
[0065] S5、在獲取所述車輛狀態誤差之後，當所述電動汽車工作在非線性區域時，通過所 述電動汽車的主動後輪轉向控制器和直接橫擺力矩控制器，控制消除或減小所述車輛狀態 誤差，以使所述電動汽車穩定運行；當所述電動汽車工作在線性區域時，通過所述主動後輪 轉向控制器，控制消除或減小所述車輛狀態誤差，以使所述電動汽車穩定運行。
[0066] 汽車控制系統屬於切換動態系統，它是由幾個連續時間子系統或離散時間子系統 以及相應的切換規則構成。由於切換規則的作用，使得切換系統不同於一般的連續時間系 統或離散時間系統，其動態特性變得非常複雜。切換系統的穩定性的一個顯著特點是，其子 系統的穩定性不等於整個系統的穩定性。即使切換系統的每個子系統都是線性定常系統， 其整體一般不為線性系統，而屬於非線性系統。滑模變結構控制理論（SMC，SlidingMode Control)是變結構控制理論的主要理論體系，它已經形成了一整套綜合系統的獨立理論， 包括：滑動模態的設計方法、控制器的各種綜合方法、系統的穩定性分析、系統的到達條件 等；變結構控制理論是用於解決非線性系統控制問題很好的一種方法；滑模控制策略通過 控制量的切換使系統狀態沿著滑模面運動，使得系統在受到外界擾動的時候具有不變性， 因此滑模變結構控制可應用到處理各種非線性系統；滑模變結構控制系統的基本原理在 於，當系統狀態穿越狀態空間的滑動超平面時，反饋控制的結構就發生變化，從而使系統性 能達到某個期望指標；滑模變結構控制器的作用就是把系統的狀態在有限的時間內驅動並 維持在該子流形上；滑模控制的優點是能夠克服系統的不確定性，對幹擾和未建模動態具 有很強的魯棒性，尤其是對非線性系統的控制具有良好的控制效果。
[0067] 在具體實施過程中，為了提高電動汽車在極限工況下的控制效果，所述主動後輪 轉向控制器由線性滑模控制模塊設計構成；所述直接橫擺力矩控制器由非線性滑模控制模 塊設計構成。
[0068] 在現有技術中，大多把線性二自由度車輛動力學模型作為車輛穩定性控制的參考 模型，以避免車輛高速下的增益過大問題，而忽略了車輛在低速下的增益過小問題。然而， 對於具有理想轉向特性的汽車來說，其期望橫擺角速度應隨車速的增加而降低，在低速下 具有較大的轉向增益，高速下具有較小的轉向增益。對此，在本實施例中，為了儘可能使車 輛達到理想轉向特性，採用變傳動比車輛理想模型作為車輛穩定性控制的參考模型，其中， 所述變傳動比車輛理想模型具體為變傳動比二自由度車輛動力學模型，請參考圖3,所述步 驟S4包括以下步驟：
[0069] S41、獲取所述電動汽車所行駛路面的附著係數；
[0070] S42、基於所述變傳動比二自由度車輛動力學模型、所述附著係數、所述車速和所 述前輪轉角，獲取所述電動汽車的期望橫擺角速度；同時，基於電動汽車非線性八自由度模 型、所述車速和所述前輪轉角，獲取所述電動汽車的實際橫擺角速度；進而獲取所述實際橫 擺角速度相對於所述期望橫擺角速度的橫擺角速度誤差。
[0071] 在具體實施過程中，首先，通過車輛的方向盤轉角檢測裝置和車速檢測裝置分別 檢測獲取車輛的方向盤轉角和車速；然後，根據寶馬車速度和傳動比的數學關係，得出本實 施例中車輛在不同車速下的方向盤與後輪轉角之間的傳動比（即所述變傳動比），在確定 所述變傳動比後，當輸入方向盤轉角就可以得到前輪轉角。由於汽車穩定性控制的目的在 於改善汽車的穩態和瞬態響應，提高汽車的機動性和安全性以及抗外部幹擾的能力，而汽 車的橫擺角速度（即汽車繞垂直軸的偏轉角速度）和質心側偏角是衡量汽車穩定程度的重 要參數，當質心側偏角一定時，如果偏轉角速度達到一個閾值，說明汽車發生測滑或者甩尾 等危險工況。以下將以車輛的橫擺角速度作為衡量車輛狀態的主要參數，對步驟S41?S42 進行具體說明：
[0072] 1)基於路面附著係數獲取四輪汽車的期望橫擺角速度
[0073] 由於在現有的傳統技術中，採用定轉向傳動比線性二自由度車輛動力學模型無法 滿足車輛轉向穩定性要求；為此，在本實施例中，採用變傳動比二自由度車輛動力學模型求 取期望的橫擺角速度，將變傳動比iv替代定傳動比i。由此，可以得到期望橫擺角速度：

【權利要求】
1. 一種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制方法，其特徵在於，所述方法包括步驟： 51、 當四輪獨立轉向電動汽車處於工作狀態且需要轉向時，獲取所述電動汽車的方向 盤轉角和車速；其中，所述車速為可變速度； 52、 基於所述車速和車速傳動比數學模型，獲取在不同車速下所述電動汽車的方向盤 與後輪轉角之間的變傳動比； 53、 基於所述方向盤轉角，獲取所述電動汽車的前輪轉角； 54、 基於變傳動比車輛理想模型、所述車速和所述前輪轉角，獲取所述電動汽車的車輛 理想狀態；同時，基於電動汽車非線性八自由度模型、所述車速和所述前輪轉角，獲取所述 電動汽車的車輛實際狀態；進而獲取所述車輛實際狀態相對於所述車輛理想狀態的車輛狀 態誤差； 55、 在獲取所述車輛狀態誤差之後，當所述電動汽車工作在非線性區域時，通過所述 電動汽車的主動後輪轉向控制器和直接橫擺力矩控制器，控制消除或減小所述車輛狀態誤 差，以使所述電動汽車穩定運行；當所述電動汽車工作在線性區域時，通過所述主動後輪轉 向控制器，控制消除或減小所述車輛狀態誤差，以使所述電動汽車穩定運行。
2. 如權利要求1所述的電動汽車穩定性控制方法，其特徵在於，所述主動後輪轉向控 制器由線性滑模控制模塊設計構成；所述直接橫擺力矩控制器由非線性滑模控制模塊設計 構成。
3. 如權利要求2所述的電動汽車穩定性控制方法，其特徵在於，所述變傳動比車輛理 想模型具體為變傳動比二自由度車輛動力學模型，所述步驟S4包括以下步驟： 541、 獲取所述電動汽車所行駛路面的附著係數； 542、 基於所述變傳動比二自由度車輛動力學模型、所述附著係數、所述車速和所述前 輪轉角，獲取所述電動汽車的期望橫擺角速度；同時，基於電動汽車非線性八自由度模型、 所述車速和所述前輪轉角，獲取所述電動汽車的實際橫擺角速度；進而獲取所述實際橫擺 角速度相對於所述期望橫擺角速度的橫擺角速度誤差。
4. 如權利要求3所述的電動汽車穩定性控制方法，其特徵在於，所述步驟S5,包括步 驟： 551、 基於所述附著係數，確定所述電動汽車工作在線性區域還是非線性區域； 552、 當所述車輛工作在線性區域時，通過所述主動後輪轉向控制器，控制所述電動汽 車的後輪轉動，獲取所述電動汽車的第一後輪轉角；並基於所述前輪轉角、所述第一後輪轉 角以及所述電動汽車非線性八自由度模型，控制消除或減小所述橫擺角速度誤差，以使所 述電動汽車穩定運行； 當所述車輛工作在非線性區域時，通過所述主動後輪轉向控制器，控制所述電動汽車 的後輪轉動，獲取所述電動汽車的第二後輪轉角；同時，通過所述直接橫擺力矩控制器，獲 取所述電動汽車的車輪輪胎力，並基於所述車輪輪胎力產生補償橫擺力矩；並基於所述前 輪轉角、所述第二後輪轉角、所述補償橫擺力矩以及所述電動汽車非線性八自由度模型，控 制消除或減小所述車輛狀態誤差，以使所述電動汽車穩定運行。
5. 如權利要求4所述的電動汽車穩定性控制方法，其特徵在於，所述第一後輪轉角為 關於第一飽和函數的多項式；所述第二後輪轉角為關於第二飽和函數的多項式；所述補償 橫擺力矩為關於符號函數的多項式；其中，所述第一飽和函數和所述第二飽和函數具體為 關於第一滑模面積分算子的飽和函數，所述符號函數具體為關於第二滑模面積分算子的飽 和函數。
6. -種四輪獨立驅動電動汽車穩定性控制系統，其特徵在於，所述系統包括步驟： 方向盤轉角和車速獲取單元，用於當四輪獨立轉向電動汽車處於工作狀態且需要轉向 時，獲取所述電動汽車的方向盤轉角和車速；其中，所述車速為可變速度； 變傳動比獲取單元，用於基於所述車速和車速傳動比數學模型，獲取在不同車速下所 述電動汽車的方向盤與後輪轉角之間的變傳動比； 前輪轉角獲取單元，用於基於所述方向盤轉角，獲取所述電動汽車的前輪轉角； 車輛狀態獲取單元，用於基於變傳動比車輛理想模型、所述車速和所述前輪轉角，獲取 所述電動汽車的車輛理想狀態；同時，基於電動汽車非線性八自由度模型、所述車速和所述 前輪轉角，獲取所述電動汽車的車輛實際狀態；進而獲取所述車輛實際狀態相對於所述車 輛理想狀態的車輛狀態誤差； 穩定性控制單元，用於在獲取所述車輛狀態誤差之後，當所述電動汽車工作在非線性 區域時，通過所述電動汽車的主動後輪轉向控制器和直接橫擺力矩控制器，控制消除或減 小所述車輛狀態誤差，以使所述電動汽車穩定運行；當所述電動汽車工作在線性區域時，通 過所述主動後輪轉向控制器，控制消除或減小所述車輛狀態誤差，以使所述電動汽車穩定 運行。
7. 如權利要求6所述的電動汽車穩定性控制系統，其特徵在於，所述主動後輪轉向控 制器由線性滑模控制模塊設計構成；所述直接橫擺力矩控制器由非線性滑模控制模塊設計 構成。
8. 如權利要求7所述的電動汽車穩定性控制系統，其特徵在於，所述變傳動比車輛理 想模型具體為變傳動比二自由度車輛動力學模型，所述車輛狀態獲取單元，包括： 路面附著係數獲取模塊，用於獲取所述電動汽車所行駛路面的附著係數； 車輛狀態獲取模塊，用於基於所述變傳動比二自由度車輛動力學模型、所述附著係數、 所述車速和所述前輪轉角，獲取所述電動汽車的期望橫擺角速度；同時，基於電動汽車非線 性八自由度模型、所述車速和所述前輪轉角，獲取所述電動汽車的實際橫擺角速度；進而獲 取所述實際橫擺角速度相對於所述期望橫擺角速度的橫擺角速度誤差。
9. 如權利要求8所述的電動汽車穩定性控制系統，其特徵在於，所述穩定性控制單元， 包括： 工作區域確定模塊，用於基於所述附著係數，確定所述電動汽車工作在線性區域還是 非線性區域； 穩定性控制模塊，用於當所述車輛工作在線性區域時，通過所述主動後輪轉向控制器， 控制所述電動汽車的後輪轉動，獲取所述電動汽車的第一後輪轉角；並基於所述前輪轉角、 所述第一後輪轉角以及所述電動汽車非線性八自由度模型，控制消除或減小所述橫擺角速 度誤差，以使所述電動汽車穩定運行； 當所述車輛工作在非線性區域時，通過所述主動後輪轉向控制器，控制所述電動汽車 的後輪轉動，獲取所述電動汽車的第二後輪轉角；同時，通過所述直接橫擺力矩控制器，獲 取所述電動汽車的車輪輪胎力，並基於所述車輪輪胎力產生補償橫擺力矩；並基於所述前 輪轉角、所述第二後輪轉角、所述補償橫擺力矩以及所述電動汽車非線性八自由度模型，控 制消除或減小所述車輛狀態誤差，以使所述電動汽車穩定運行。
10.如權利要求9所述的電動汽車穩定性控制系統，其特徵在於，所述第一後輪轉角為 關於第一飽和函數的多項式；所述第二後輪轉角為關於第二飽和函數的多項式；所述補償 橫擺力矩為關於符號函數的多項式；其中，所述第一飽和函數和所述第二飽和函數具體為 關於第一滑模面積分算子的飽和函數，所述符號函數具體為關於第二滑模面積分算子的飽 和函數。
【文檔編號】B60W30/045GK104443022SQ201410632581
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】邱浩, 董鑄榮, 周琳, 梁松峰, 張亞琛, 李佔玉, 李世勇 申請人:深圳職業技術學院