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原文传递轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法

专利名称：	轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法
摘要：	本发明公开了一种轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法，通过对运行车辆的相轨迹是否超出稳定域的判断，将处于稳定域内的车辆视为线性模型，对其进行线性模型的差动驱动转向控制；将处于稳定域外的车辆，利用产生的直接横摆力矩对车辆转向进行主动干预，使其从不稳定状态回到稳定状态。本发明采用联合控制，使依靠差动驱动转向的非线性车辆在转向轮允许的转角范围内，在不同附着系数路面上都能够很好地跟踪参考模型的质心侧偏角和横摆角速度，有效地提高整车的稳定性，保证行车的安全性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京林业大学
发明人：	田杰;王群;张纯涛;丁洁;姚嘉凌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910810800.2
公开号：	CN110466604A
代理机构：	南京灿烂知识产权代理有限公司
代理人：	朱妃
分类号：	B62D11/02(2006.01);B;B62;B62D;B62D11
申请人地址：	210037 江苏省南京市玄武区龙蟠路159号
主权项：	1.一种轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 1)确定不同车速，不同附着系数路面条件下，差动驱动力矩为零时的差动转向车辆的稳定边界及其稳定域； 2)获取运行车辆的方向盘转角信号，车速信号，车辆横摆角速度γ，车辆质心侧偏角β，根据方向盘转角信号判断该运行车辆是否进行转向； 3)若判定该运行车辆不转向，则保持现状运行并返回步骤2)；若判定该运行车辆转向，则将方向盘转角信号输入参考模型，计算出质心侧偏角参考值βd和横摆角速度参考值γd； 4)建立该运行车辆的前轮差动转向车辆模型，将横摆角速度参考值γd和车辆横摆角速度γ输入滑模控制器，滑模控制器输出车辆左右前轮驱动力差值产生的差动驱动力矩ΔM2，并得到该运行车辆的相轨迹； 5)根据步骤4)得到的该运行车辆的相轨迹和步骤1)确定的差动转向车辆的稳定边界及其稳定域，判定该运行车辆的相轨迹是否超出稳定边界； 6)若该运行车辆的相轨迹在稳定边界上或稳定边界内，则判定该运行车辆在稳定域内，滑模控制器输出车辆左右前轮驱动力差值产生的差动驱动力矩驱动该运行车辆的两前轮各自绕转向主销转动一个转角，使该运行车辆实现正常稳定转向；若该运行车辆的相轨迹在稳定边界外，则判定该运行车辆在稳定域外，并计算该运行车辆的相轨迹任意状态点到稳定边界的距离d，将该距离d输入PI控制器，PI控制器输出直接横摆力矩ΔM1，该直接横摆力矩驱动该运行车辆绕z轴转过一个转角，使该运行车辆从不稳定状态回到稳定状态的同时，滑模控制器输出车辆左右前轮驱动力差值产生的差动驱动力矩驱动该运行车辆的两前轮各自绕转向主销转动一个转角，使该运行车辆实现稳定转向；其中，前轮绕转向主销转动的转角在转向轮允许的转角范围内。 2.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法，其特征在于：所述差动转向车辆的稳定边界采用两条直线来表示，直线表达式为：其中，B1,B2为稳定域边界参数值，β为车辆质心侧偏角，为车辆质心侧偏角速度；对应的稳定域表达式为： 3.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法，其特征在于：所述参考模型选择具有中性转向特性的二自由度车辆模型。 4.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法，其特征在于：所述方向盘转角信号通过方向盘转角传感器获取。 5.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法，其特征在于：所述参考模型的状态方程为，定义xd(t)＝[βd γd]T，ud(t)＝δ，参考模型表示为式中，其中，δ为参考模型的前轮转角，kf为前轮侧偏刚度，kr为后轮侧偏刚度，m为整车质量，u为汽车质心处的纵向速度，lfd为参考模型质心到前轴的距离，lrd为参考模型质心到后轴的距离，Iz为车辆对Z轴的转动惯量。 6.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法，其特征在于：所述建立该运行车辆的前轮差动转向车辆模型，具体为， a)建立该运行车辆的运动坐标系，坐标系的原点为整车的质心，xOz平面位于车辆左右对称的平面上；当车辆位于水平路面并静止时，x轴为车辆前进方向平行于地面，y轴为x轴逆时针旋转90°且平行于地面，z轴垂直于路面且通过质心； b)忽略汽车俯仰、侧倾及垂向运动，忽略悬架对车身运动的影响，假设同轴轮胎的侧偏角相同，四个车轮均采用轮毂电机驱动且各轮毂电机机械特性相同，并假设车辆在水平路面上行驶，忽略所受路面的坡道阻力与滚动阻力；则有车身侧向运动和横摆方向运动的状态方程，其中，m为整车质量，为车辆质心侧偏角速度，u为车辆纵向速度，Fyfl为车辆左前轮所受地面侧向力，Fyfr为车辆右前轮所受地面侧向力，Fyrl为车辆左后轮所受地面侧向力，Fyrr为车辆左后轮所受地面侧向力，Fxfl为左前轮所受地面的纵向作用力，Fxfr为右前轮所受地面的纵向作用力，Fxrl为左后轮所受地面的纵向作用力，Fxrr为右后轮所受地面的纵向作用力，δf为前轮差动转向车辆模型的前轮转角，IZ为车辆转动惯量，为横摆角加速度，lf为前轴到质心的距离，lr为后轴到质心的距离，ls为左右前轮距离的一半； c)因为车轮转角较小，则有cosδf≈1，sinδf≈0；假设后轮驱动力大小相同，则车身侧向运动和横摆方向运动的状态方程简化为，其中，R为车轮有效半径； d)考虑同轴轮胎的侧偏角相同且线性轮胎的情况，则前后轮的侧偏角为，则轮胎侧偏力为：进一步化简，得到，其中，αf为前轮侧偏角，αr为后轮侧偏角，αfl为前左轮侧偏角，αfr为前右轮侧偏角，αrl为后左轮侧偏角，αrr为后右轮侧偏角，kf为前轮侧偏刚度，kr为后轮侧偏刚度； e)车身转向的动力学方程为，当轮胎侧偏角很小时，τa＝kfαfl2/3；其中，为前轮转角角加速度，为前轮转角角速度，rσ为主销偏移距，τf为转向系统的摩擦力矩，Je和be分别为转向系统的有效转动惯量和有效阻尼，τa为轮胎回正力矩，l为轮胎拖距的一半；可得，则有， f)设ΔM1＝0，状态空间变量X(t)＝[β γ δf]T，忽略转角的函数数值得到前轮差动转向车辆模型为其中， 7.根据权利要求6所述的轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法，其特征在于：所述车辆质心侧偏角β通过观测器获取，定义则表示为式中，将进一步表示为其中，则观测器的状态方程为得到，其中，是系数矩阵；定义则可得对H进行选取，通过极点配置使得接近 8.根据权利要求6所述的轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法，其特征在于：所述滑模控制器采用切换函数其中，ξ为权重系数，为质心侧偏角的估计值；并采用带饱和函数的指数趋近律则有其中，已知，可得滑模控制器的输出为， 9.根据权利要求2所述的轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法，其特征在于：所述计算该运行车辆的相轨迹任意状态点到稳定边界的距离e，具体为，假设该运行车辆的任一状态点A在稳定域外，则由点到直线的距离公式可知，当状态点A在稳定域上方时，距离e为A到直线的距离，其表达式为：当状态点A在稳定域下方时，距离e为A到直线的距离，其表达式为： 10.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动电动汽车差动驱动转向及稳定性的控制方法，其特征在于：所述PI控制器采用比例加积分控制，其输出信号为，其中，Kp为比例控制系数，Ti为积分控制系数，t为时间，e(t)为t时刻状态点到稳定边界的距离。
所属类别：	发明专利