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原文传递四轮轮毂电机驱动电动汽车横摆稳定性控制方法

专利名称：	四轮轮毂电机驱动电动汽车横摆稳定性控制方法
摘要：	一种四轮轮毂电机驱动电动汽车横摆稳定性控制方法，属于控制技术领域。本发明的目的是通过对期望的质心侧偏角和期望的横摆角速度进行跟踪，使汽车获得更好稳定性的四轮轮毂电机驱动电动汽车横摆稳定性控制方法。本发明通过二自由度参考模型得到了车辆理想运动状态下质心侧偏角和横摆角速度的参考值，设计横摆力矩优化模型预测控制器，将最优的附加横摆力矩转化为四个轮毂电机附加转矩完成分配。本发明设计的横摆稳定性控制器能有效对质心侧偏角和横摆角速度的参考值进行跟踪，并且考虑了极限工况下轮胎侧向力饱和的因素，使得预测模型更为精准，同时求解出较小的附加横摆力矩，减小了能量损失。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	吉林大学
发明人：	王萍;高猛;刘行行
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201910409308.4
公开号：	CN110228462A
代理机构：	吉林长春新纪元专利代理有限责任公司
代理人：	白冬冬
分类号：	B60W30/02(2012.01);B;B60;B60W;B60W30
申请人地址：	130012 吉林省长春市人民大街5988号
主权项：	1.一种四轮轮毂电机驱动电动汽车横摆稳定性控制方法，其特征在于：其步骤是：一、车辆理想运动状态下质心侧偏角和横摆角速度： ①建立了一个二自由度的参考模型式中，V为汽车纵向速度，前轮转向角输入δ到状态β和γ的响应是一个二自由度系统； ②根据频率响应得到从转向输入δ到横摆角速度γ的传递函数：式中，ωn表示车辆系统的自然频率，ζ表示阻尼系数，τγ表示从δ到γ传递函数的系数，Kγ表示传递函数的稳定增益； ③车辆系统稳定系数为K，前后轴距离L＝Lf+Lr这些参数由下式得到： ④期望的横摆角速度γ会受到一个与附着系数相关的边界限制：式中，μ为路面附着系数，g为重力加速度； ⑤同理，得到从转向输入δ到期望质心侧偏角β的传递函数：式中，ζ1表示阻尼系数，τβ表示从δ到β传递函数的系数，Kβ表示传递函数的稳定增益； ⑥期望的质心侧偏角β相关的边界限制为：二、建立面向控制器设计模型 ①车辆模型：基于车辆动力学理论，简化的车辆动态特性描述为：式中，β为质心侧偏角，γ为横摆角速度，Fyf、Fyr分别为前后轮胎侧向力，m为车身质量，V为车辆纵向速度，Lf、Lr分别为质心到前后轴的距离，Iz为车辆绕z轴的转动惯量，ΔMz为附加横摆力矩； ②轮胎模型，采用魔术公式对轮胎侧向力进行建模： Fy＝-Dysin(Cyarctan(Byα-Ey(Byα-arctanByα))) (16) 式中，By,Cy,Dy和Ey均由垂向载荷Fz决定，所以Fy可描述为一个与α和Fz相关的函数； ③把Fy的公式进行泰勒展开，得到一个三次多项式，得出如下的轮胎侧向力： Fyf＝-2Cfαf+2CfKaαf3 (17) Fyr＝-2Crαr+2CrKbαr3 (18) 式中，Cf、Cr为前、后轮胎侧偏刚度，αf、αr为前后轮胎侧偏角，Ka、Kb为拟合参数；定义前、后轮胎侧向力的最大值分别为Fyfmax,Fyrmax，则轮胎侧向力在饱和与不饱和时计算如下：式中，前、后轮胎侧偏角αf,αr由下式计算：式中，δ为前轮转向角； ④模型预测控制器定义系统输入为u，系统状态为x，系统输出为y,它们分别为： u＝ΔMz，则得到面向电动汽车横摆稳定性控制的系统状态空间方程： ⑤将连续的系统状态空间方程进行离散化，Ts表示定步长采样时间间隔，这里我们选取Ts＝0.05s，系统的输出系数矩阵为： ⑥则在k时刻，离散预测模型具体形式为： y(k)＝Cx(k) (28) ⑦对质心侧偏角的约束如下： βmin≤βi≤βmax i＝1,2,…,Nc-1 (29) 对附加横摆力矩的约束如下： umin≤ui≤umax i＝1,2,…,Nc-1 (30) ⑧根据模型预测控制，设计的目标函数如下：式中，权重系数矩阵Γy＝diag(Γy1,Γy2)和Γu分别是输出信号序列和控制信号序列的权重系数；三、附加横摆力矩分配利用以下公式将其转化为四个轮毂电机附加转矩完成分配：式中，d为左轮到右轮宽度，Re为车轮半径，ΔTzfl，ΔTzrl，ΔTzfr，ΔTzrr分别是前左轮电机、后左轮电机、前右轮电机、后右轮电机所分配的附加转矩。
所属类别：	发明专利