一种用于轮毂电机驱动车辆的稳定性控制方法.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CN108556680A(43)申请公布日2018.09.21(21)申请号201810044229.3(22)申请日2018.01.17(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人张承宁张勇(74)专利代理机构北京市诚辉律师事务所11430代理人范盈(51)Int.Cl.B60L15/20(2006.01)权利要求书4页说明书8页附图1页(54)发明名称一种用于轮毂电机驱动车辆的稳定性控制方法(57)摘要本发明提供了一种用于轮毂电机驱动车辆的稳定性控制方法，基于分层控制结构设计车辆稳定性控制策略，基于非线性滑模变结构控制实现对车速、横摆角速度和质心侧偏角的非线性联合控制，基于控制分配的方法控制电机转矩，该稳定性控制策略能够明显提高车辆的操纵稳定性，相对现有技术具有非显而易见的诸多有益效果。CN108556680ACN108556680A权利要求书1/4页1.一种用于轮毂电机驱动车辆的稳定性控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1、采集所述车辆的纵向车速vx、横摆角速度ωz和质心侧偏角β参数。步骤2、基于所述步骤1中采集的各参数，并结合参考纵向车速vxdes、参考横摆角速度ωzdes和参考质心侧偏角βdes构建滑模控制器，获取运动过程中的目标纵向力，并设计横摆力矩合成控制器实现车辆运动状态对参考状态的跟踪，以得到目标横摆力矩。步骤3、基于所述步骤2中得到的所述目标纵向力和目标横摆转矩实现基于最小误差逼近的轮胎纵向力分配。步骤4、基于所述步骤3中的所述轮胎纵向力获得电机转矩，基于滑模控制结构实现对所述电机转矩的输出控制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2中所述的构建滑模控制器，具体包括：建立关于车辆实际运动状态与参考运动状态之间偏差的滑模函数：sβ＝β-βdes取等速趋近律，即：其中，f为车辆风阻和滚动阻力之和，Ydes是基于轮胎纵向力和轮胎侧向力获得的车辆侧向力，Xxdes、Mzxdes分别表示由轮胎纵向力获得的车辆纵向力和横摆力矩，Xydes和Mzydes分别表示由轮胎侧向力获得的车辆纵向力和横摆力矩，和分别为目标质心侧偏角速度和目标横摆角加速度，εβ和κ是等速趋近律常数，均大于零；m为质量；建立质心侧偏角与横摆力矩的函数关系；首先引入中间变量ωz-β：并根据中间变量与横摆角速度之间的偏差建立滑模函数，取等速趋近律后表示如下：为等速趋近常数；构建滑模控制器获取车辆目标纵向力，即：其中，表示车辆纵向速度变化率，vy表示车辆侧向车速，表示带饱和函数的2CN108556680A权利要求书2/4页趋近律，代替了符号函数用于消除模运动过程中的抖振问题。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤2中所述的设计横摆力矩合成控制器实现车辆运动状态对参考状态的跟踪，以得到目标横摆力矩，具体包括：构建滑模控制器获取车辆的横摆转矩，即：其中，bi为第i轴的轮距的一半，Iz为车辆横摆运动转动惯量，是通过横摆角速度跟踪参考横摆角速度的横摆力矩，Mzx-βdes而是通过中间变量ωz-β，质心侧偏角跟踪参考质心侧偏角的横摆力矩；所述横摆力矩合成控制器通过调整权重系数得到目标横摆转矩，即：其中，K1和K2为车辆运动状态跟踪参考运动状态的权重系数。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤3中所述的基于所述步骤2中得到的所述目标纵向力和目标横摆转矩实现基于最小误差逼近的轮胎纵向力分配，具体包括：建立分配方程：Bu＝vT其中，v＝[XxdesMzxdes]，B和u分别为系数矩阵和输出矩阵，即：Tu＝[Fxw11Fxw12Fxw21Fxw22Fxw31Fxw32Fxw41Fxw42]元素aij和bij分别为矩阵B中的系数：aij＝cosδijjibij＝(-1)dcosδij+(-1)lisinδij其中，δij为各个车轮的转向角，其中i表示第1、2、3和4轴，j为1时表示左侧车轮和为2时表示右侧车轮，δ3j＝δ4j＝0；li表示第1、2、3和4轴到质心的距离，d表示车辆两侧车轮的距离；轮胎纵向力满足外特性约束：其中，ig为轮毂电机到车轮动力输出过程中的减速器的传动比，Tmmax为轮毂电机的最大输出转矩；轮胎纵向力还与轮胎侧向力满足摩擦圆约束，即：其中，Fxwij、Fywij和Fzij分别表示为各个轮胎的纵向力、轮胎侧向力和轮胎垂向力，μij分别为各个轮胎的路面附着系数；轮胎纵向力约束综合为以下形式：式中，上下限为：3CN108556680A权利要求书3/4页其中，Rw代表车轮半径；对于极限工况下等式Bu＝v无解的问题，采用最小误差逼近函数||Bu-v||2取代了等式约束Bu＝v，目标方程用范数的平方表示：2J1＝arg