一种轮毂电机驱动的汽车横摆稳定性控制系统及控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114523954A(43)申请公布日2022.05.24(21)申请号202210256779.8(22)申请日2022.03.16(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人李丹阳赵又群熊铠林棻(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249专利代理师张宁馨(51)Int.Cl.B60W30/02(2012.01)B60W10/08(2006.01)B60W10/20(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种轮毂电机驱动的汽车横摆稳定性控制系统及控制方法(57)摘要本发明公开了一种轮毂电机驱动的汽车横摆稳定性控制系统和控制方法，所述系统包括信息感知模块、状态估计模块、状态监测模块、控制模块和下层执行模块；信息感知模块获取车辆实际状态信息并传输至状态估计模块，状态估计模块计算车辆的理想横摆角速度与质心侧偏角，并估计车辆质心侧偏角与质心侧偏角变化率；状态监测模块监测判断当前车辆所处横摆状态，根据不同横摆状态启动相应的转向控制、力矩控制和集成控制模块；转向和力矩控制模块采用非奇异快速终端滑模控制方法，实现主动前轮转向和直接横摆力矩控制，集成控制模块采用基于线性矩阵不等式的滑模控制方法，实现二者的集成控制；本发明可以提高了控制策略对参数不确定以及外界干扰的鲁棒性。CN114523954ACN114523954A权利要求书1/3页1.一种轮毂电机驱动的汽车横摆稳定性控制系统，其特征在于，包括信息感知模块、状态估计模块、状态监测模块、控制模块和下层执行模块；所述信息感知模块包括安装在汽车上的横摆角速度传感器、侧向加速度传感器、车速传感器和方向盘转角传感器；信息感知模块通过接收传感器信息，获取车辆实时状态信息，包括横摆角速度、侧向加速度、车速和方向盘转角；所述状态估计模块接收车辆实时状态信息，计算当前车辆理想横摆角速度与质心侧偏角，同时估计车辆实际质心侧偏角及质心侧偏角变化率；所述状态监测模块利用估计的车辆实际质心侧偏角及质心侧偏角变化率监测当前车辆的横摆状态；所述控制模块包括转向控制模块、集成控制模块、力矩控制模块；转向控制模块进行主动前轮转向控制；所述力矩控制模块进行直接横摆力矩控制；所述集成控制模块对主动前轮转向与直接横摆力矩进行集成控制；所述下层执行模块基于控制模块生成的控制律，控制转向电机和轮毂电机实现稳定性控制。2.一种基于权利要求1所述轮毂电机驱动的汽车横摆稳定性控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、信息感知模块获取车辆实际状态信息并传输至状态估计模块；步骤S2、状态估计模块基于信息感知模块中各传感器传输的状态信息，计算车辆的理想横摆角速度与质心侧偏角，估计车辆质心侧偏角与质心侧偏角变化率；步骤S3、状态监测模块监测判断当前车辆所处横摆状态，将横摆状态根据车辆质心侧偏角相平面图，分为稳定、临界稳定、失稳三种；步骤S4、根据车辆当前横摆状态启动相应控制模块：当车辆处于稳定状态时，启动转向控制模块，产生前轮转角修正值；当车辆处于临界稳定状态时，启动集成控制模块，同时产生前轮转角修正值和附加横摆力矩值；当车辆处于失稳状态时，启动力矩控制模块，产生附加横摆力矩值；步骤S5、当车辆处于临界稳定或失稳状态时，分别通过力矩控制和集成控制模块对附加横摆力矩值进行转化分配，产生目标纵向力矩；步骤S6、下层执行模块接收控制模块生成的控制律，控制转向电机和轮毂电机实现稳定性控制。3.根据权利要求2所述的轮毂电机驱动的汽车横摆稳定性控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中计算车辆理想横摆角速度与质心侧偏角具体方法包括：首先建立车辆二自由度模型如下：其中B2＝‑ak1/Iz，β为质心侧偏角，为横摆角速度，为车辆航向角，u为纵向车速，k1、k2依次为车辆前轮、后轮的侧偏刚度，a、b依次为车辆质心至前轴、后轴距离，m为整车质量，Iz为2CN114523954A权利要求书2/3页横摆转动惯量，δf为前轮转角，△M为附加横摆力矩；由上述车辆二自由度模型确定车辆理想横摆角速度与质心侧偏角如下：其中，ωd、βd分别车辆理想横摆角速度和质心侧偏角，μ为路面附着系数，g为重力加速度，βm＝arctan(0.2μg)，为稳定性因数，L＝a+b。4.根据权利要求3所述的轮毂电机驱动的汽车横摆稳定性控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中当前车辆所处横摆状态区分标准如下所示：5.根据权利要求1所述的轮毂电机驱动的汽车横摆稳定性控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，当车辆处于稳定状态时，启动转向控制模块，产生前轮转角修正值；具体地，转向控制模块以横摆角速度为控制目标，令采用非奇异快