一种四轮独立驱动电动车辆的主动转向控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109606466A(43)申请公布日2019.04.12(21)申请号201811445696.3(22)申请日2018.11.29(71)申请人广东工业大学地址510062广东省广州市大学城外环西路100号(72)发明人周琪陈林鲁仁全李鸿一李攀硕(74)专利代理机构广东广信君达律师事务所44329代理人江金城杨晓松(51)Int.Cl.B62D6/00(2006.01)G05D1/02(2006.01)权利要求书5页说明书8页附图4页(54)发明名称一种四轮独立驱动电动车辆的主动转向控制方法(57)摘要本发明公开一种四轮独立驱动电动车辆的主动转向控制方法，包括以下步骤：预设理想车辆转向模型、状态反馈观测器、前轮转向角控制器和横摆力矩控制器；以车辆直行状态作为初始时刻，实时测量横向速度和横摆角速度，将未知前轮转向角和横摆力矩输入理想车辆转向模型，构造期望的数学模型，将横向速度和横摆角速度期望值与实时值比较，得到实时误差；将实时误差输入到状态观测器，得到稳定闭环系统，通过解线性矩阵不等式方法，既得到实时车辆横向速度和横摆角速度值，也得到实时前轮转向角和横摆力矩值，从而对车辆进行控制。该方法克服了电动车稳定性弱且经济适用的转向策略问题，提高车辆安全行驶的灵活操纵性，具有控制效果好、稳定性高的优点。CN109606466ACN109606466A权利要求书1/5页1.一种四轮独立驱动电动车辆的主动转向控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：预先设置理想车辆转向模型、状态反馈观测器、前轮转向角控制器和横摆力矩控制器；步骤S2：以车辆直行状态作为初始时刻，在一定范围的扰动情况下，实时测量车辆的横向速度和横摆角速度，同时将未知的前轮转向角和横摆力矩输入理想车辆转向模型，从而构造了一个期望的横向速度和横摆角速度的数学模型，将期望的横向速度和横摆角速度与对应的实时横向速度和横摆角速度进行比较，从而得到实时的横向速度误差和横摆角速度误差；步骤S3：对于构建的数学模型中存在一些时变参数，采用Takagi-Sugeno(T-S)模糊的方法进行处理；步骤S4：将实时的横向速度误差和横摆角速度误差同时输入到状态观测器中，就会得到一个稳定的闭环系统，通过使用解线性矩阵不等式的方法，既可以得到实时估计的车辆横向速度和横摆角速度值，也可以得到实时的前轮转向角和横摆力矩值，并采用实时的前轮转向角和横摆力矩对车辆进行控制。2.根据权利要求1所述的四轮独立驱动电动车辆的主动转向控制方法，其特征在于，所述步骤S1中理想车辆转向模型构造过程如下：建立如下的车辆转向运动学模型：式中，Vx和Vy分别是车辆在x轴和y轴上的速度分量；M是车辆质量；Ωz是车辆的横摆角速度；Iz是车辆绕z轴的转动惯量；w1(t)和w2(t)表示外界的干扰因素；Fyf和Fyr分别表示前轮横向力和后轮横向力；ΔMz表示车轮所受纵向力所产生附加控制的横摆力矩：ΔMz＝(Fxfr-Fxfl)ls,(2)前轮的侧偏角af和后轮的侧偏角ar可以分别表示为：式中，δ表示前轮转向角；假设轮胎偏离角对车辆安全行驶的影响较小，则轮胎横向力可以表示为：Fyi＝Ciαi,(i＝f,r),(4)TT定义系统的状态矢量x(t)＝[VyΩz],控制输入矢量u(t)＝[δΔMz]和外界干扰因素Tw(t)＝[w1w2]，根据式(3)和(4)建立如下的车辆状态空间模型为：2CN109606466A权利要求书2/5页式中：系统矩阵控制输入矩阵考虑车辆模型含有时变参数，例如轮胎侧偏刚度值易受道路变化的影响，其值是不断变化的且有界；因此，轮胎侧偏刚度值可以表示为：结合式子(6)，则Cf/M的值表示为：式子λ1＝λf和同样的，也可以定义和并且未知参数满足：λi(i＝2,3,4)|λi|≤1，其中同时考虑车辆转向系统参数的变化因素对系统作用的影响，定义如下式子：A＝A0+ΔA,B＝B0+ΔB,(8)根据式子(8)，则式子(5)可以进一步写为：式中：分别表示系统矩阵A的标称矩阵和变化矩阵；分别表示系统矩阵B的标称矩阵和变化矩阵；根据ΔA和ΔB的定义，可以得到：[ΔAΔB]＝HN[E1E2],(10)3CN109606466A权利要求书3/5页式中：N＝diag{λ1,λ2,λ3,λ4},和T并且H，E1和E2都表示合适维数的矩阵，N满足NN≤I；因此，构建理想车辆转向模型为：式中：y(t)被定义为测量输出；z(t)被定义为控制输出；C1＝[01]和C2＝diag{1,1}，其中diag{·}表示为对角矩阵；闭环系统(11)渐进稳定，并且满足如下H∞性能指标：式子中，γ表示衰减水平系数；考虑到不同的装载条件，如有效载荷或乘客数量，车辆质量将会变化，电动车辆系统