详情

原文传递分布式驱动电动汽车稳定与节能控制系统

专利名称：	分布式驱动电动汽车稳定与节能控制系统
摘要：	一种分布式驱动电动汽车稳定与节能控制系统，属于控制技术领域。本发明的目的是利用主从式控制结构，通过车辆动力学控制，改善分布式驱动电动汽车的操纵稳定性，同时降低能耗的分布式驱动电动汽车稳定与节能控制系统。本发明分为主动层和从动层两部分，主动层包括车辆参考状态模块、车辆操纵稳定控制器。本发明所述的分布式驱动电动汽车稳定与节能控制系统是基于主从式结构的，能够将车辆的操纵稳定性控制和节能控制结合起来，在保证车辆操纵稳定性的前提下，尽可能的降低能耗，并减小对车辆动力性的影响。本发明所述的操纵稳定控制器通过主动调整车辆的前轮转向角，在一定程度上实现车辆横摆角速度和质心侧偏角的独立控制，改善了车辆操纵性和稳定性。
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：	胡啸;陈虹;王萍
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910679276.X
公开号：	CN110422052A
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：	B60L15/20(2006.01);B;B60;B60L;B60L15
申请人地址：	130012 吉林省长春市人民大街5988号
主权项：	1.一种分布式驱动电动汽车稳定与节能控制系统，其特征在于：分为主动层和从动层两部分，主动层包括车辆参考状态模块、车辆操纵稳定控制器； (1)车辆模型的建立 (1.1)底盘模型仅考虑横摆和侧向两个自由度，得到二自由度车辆模型，该二自由度车辆模型的x轴正方向为汽车向前直线行驶的方向，与该方向垂直向左的方向为y轴正方向，垂直地面的轴为z轴，向上为正方向，符号定义及量纲在表1中列出：表1 符号定义及量纲对二自由度车辆模型进行受力分析，得到动力学方程：分布式驱动电动汽车四个轮胎纵向力产生的附加横摆力矩如下：式中，Fxfl，Fxfr，Fxrl和Fxrr分别为车辆左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的纵向力； (1.2)轮胎模型轮胎魔术公式是一种半经验公式，充分考虑了轮胎纵向力与侧向力的耦合关系： Fyi＝-Dysin(Cyarctan(Byαi-Ey(Byαi-arctanByαi))) (3) 式中，By，Cy，Dy和Ey为公式参数，由轮胎试验测定；对魔术公式进行泰勒展开，得到轮胎侧向力模型如下：式中，Ka和Kb为拟合系数；轮胎侧向力可按下式计算： Fyf,max＝-μFz,fsgn(αf) (7) Fyr,max＝-μFz,rsgn(αr) (8) 根据车辆动力学原理可知，前轮、后轮的轮胎侧偏角分别为：轮胎纵向滑移率为车轮滑移速度vsx与车轮旋转中心速度Vx的比值，如下：式中，ω为车轮转速；假设车辆质量平均分配在四个车轮上，得到单个车轮纵向滑移动力学方程：将轮胎纵向力简化为： Fx＝Cκ·κ (12) 式中，Cκ为轮胎纵向滑移刚度系数，该刚度系数主要由轮胎垂向载荷Fz决定；进而可得上述公式中四个轮胎的垂向载荷的转移考虑如下：式中，ax和ay分别为车辆纵向、侧向加速度； (2)车辆参考状态模块期望的车辆横摆角速度和质心侧偏角车辆匀速行驶时，车辆的横摆角速度γ为定值，质心侧偏角速度和横摆角加速度均为0 得到横摆角速度和质心侧偏角的期望值： (3)车辆操纵稳定控制器根据动力学建模得到状态空间方程：式中，x＝[β γ]T为状态量，u＝[δf ΔMz]T为控制量；根据前馈控制理论，令x1＝β，x2＝γ，得：解非线性方程可得： u1＝ff(β,γ,Vx) (26) 选取规则为： 1)车辆前轮转向角为一个实数； 2)车辆前轮转向角方向与前轮侧向力方向一致；根据反馈控制理论，定义得：定义当KP＞0，KI＞0，KD＞0时，系统稳定； (4)转矩分配控制器 (4.1)系统预测模型系统的状态空间方程可以描述为：其中状态量x＝[κfl,κfr,κrl,κrr]T，控制量u＝[Tfl,Tfr,Trl,Trr]T，系统输出y＝ΔMz，下标i＝fl,fr,rl,rr；将状态空间方程归一化处理，定义得：其中式中κmax，Tmax和Mmax分别为轮胎纵向滑移率、电机转矩、附加横摆力矩的最大值；将状态空间方程通过前向欧拉公式描述为离散的非线性形式： X(k+1)＝fk(X(k),U(k))·Ts+X(k) Y(k)＝C'·X(k) (37) 其中Ts表示离散时间，k表示采样时刻；离散预测模型具体形式为： Y(k+1)＝C'·X(k) (42) (4.2)代价函数包含以下部分： 1)四个轮毂电机转矩产生的附加横摆力矩应跟踪主动层操纵稳定控制器输出的期望横摆力矩，以改善车辆的横摆稳定性： 2)为提高轮毂电机效率以达到节能的目的，使轮毂电机转矩向高效区域靠拢： 3)当多个电机转速相近时，相同的转矩能够使它们的效率更加均衡，均衡的效率能够延长轮毂电机的平均寿命和电池的使用年限： ET,l(k)＝(Ufl(k)-Url(k))2 ET,r(k)＝(Ufr(k)-Urr(k))2 (44) 4)在代价函数中添加惩罚项，代替轮胎纵向滑移率的状态约束：综上，代价函数为： J(X(k),U(k))＝ΓQ·J1+ΓG·J2+ΓF·J3+ΓH·J4 (48) 式中，ΓQ，ΓG，ΓF和ΓH为权重系数； (4.3)约束条件 1)轮毂电机输出转矩是有界的，求解优化问题得到的轮毂电机转矩不能大于其物理极限： -1≤Ui≤1 (49) 2)为了保证车辆动力满足驾驶员意图，保证驾驶员对车辆的控制，车辆四个轮毂电机输出的总转矩受驾驶员给出的车辆总转矩约束： Utotal＝Ufl+Ufr+Url+Urr (50)
所属类别：	发明专利