一种四轮独立驱动电动汽车的车身稳定控制方法技术

本发明专利技术公开了一种四轮独立驱动电动汽车车身稳定控制方法，通过汽车线性二自由度操纵模型获得横摆角速度期望值，质心侧偏角期望值设为0后，通过基于自抗扰控制理论，分别设计横摆角速度偏差自抗扰控制器和质心侧偏角偏差自抗扰控制器，得到附加横摆力矩ΔMωr和ΔMβ，再将附加横摆力矩ΔMωr和ΔMβ线性相加得到作用到汽车上的总的附加横摆力矩ΔMYSC，最后，通过这个总的附加横摆力矩值对各个车轮转矩进行分配，给汽车四个电机输入分配的指令转矩，从而控制电动汽车的横摆侧向运动，使汽车车身稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种四轮独立驱动电动汽车的车身稳定控制方法
本专利技术属于电动汽车
，更为具体地讲，涉及一种四轮独立驱动电动汽车的车身稳定控制方法。
技术介绍
汽车行驶过程中，路面、车身参数的变化以及汽车受到的各种干扰均能引起车身失稳，做车身稳定控制时，一般选取横摆角速度和质心侧偏角作为控制变量。对汽车进行车身稳定控制的过程，其实就是控制汽车横摆角速度和质心侧偏角使它们跟踪期望值的过程。专利号为201410781886.8的专利《一种四轮独立驱动电动汽车的横摆角速度控制方法》描述了对横摆角速度进行控制的一种方法，但是，单独对横摆角速度进行控制，不能满足汽车车身稳定的要求，还需对质心侧偏角进行控制。四轮独立驱动电动汽车由于四个驱动轮可以单独控制，所以可以通过直接横摆力矩控制来改善车辆侧向动态性能，也就是通过附加横摆力矩来控制电动汽车的横摆角速度和质心侧偏角。传统控制方法中常引进PID控制器、模糊控制器、自适应控制器等。PID控制算法简单、参数少、可靠性高，但是PID控制器对负载变化的自适应能力弱、抗干扰能力差；模糊控制和自适应控制也有实时性较弱和结构复杂、控制结果不理想等缺点。因此，有必要提出一种更为有效的控制方法，用于四轮独立驱动电动汽车车身稳定控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种四轮独立驱动电动汽车车身稳定控制方法，通过分配给四轮独立驱动电动汽车的四个电驱动指令转矩值，进而控制电动汽车的车身稳定。为实现上述专利技术目的，本专利技术、一种四轮独立驱动电动汽车的车身稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、计算横摆角速度期望值ωrd和质心侧偏角期望值βd根据线性二自由度操纵模型计算期望横摆角速度值ωrd：其中：u为车辆纵向车速；m表示车辆质量；a,b分别为前后车轮的轴距；δ为前轮旋转角度；Caf,Car分别为前轮侧偏刚度和后轮侧偏刚度；L＝a+b为车轮前轴跟后轴的间距；K＝(m/L2)(a/Caf-b/Car)为车身稳定系数；将质心侧偏角期望βd设置为：βd＝0；(2)、设计横摆角速度偏差控制器，得到附加横摆力矩ΔMωr根据自抗扰控制原理，设计横摆角速度偏差自抗扰控制器，其数学模型如下：在数学模型中：a)、利用跟踪微分器得到期望横摆角速度偏差的跟踪信号和此跟踪信号的微分，其中，x1就是对期望横摆角速度偏差vωr＝0的跟踪信号,x2为x1的微分,h为积分步长，r为决定跟踪速度的速度因子，fhan(x1-vωr，x2，r，h)是最速控制综合函数,该函数主要用于让x1在加速度r的限制下,“最快地”且“无颤振地”跟踪vωr；b)、利用扩张状态观测器得到横摆角速度偏差eωr的估计值Z1和横摆角速度偏差微分的估计值Z2，以及电动汽车受到的不确定扰动估计值Z3；在扩张状态观测器的模型中，横摆角速度偏差eωr＝横摆角速度值ωr-横摆角速度期望值ωrd；b'0是补偿因子；当积分步长h给定时，扩张状态观测器的参数β01β02β03按下列公式确定：c)、在误差非线性组合中，利用误差信号和微分误差信号非线性组合，得到误差反馈控制量；其中，e1为误差信号，e2为微分误差信号，u0为误差反馈控制量，h1决定跟踪横摆角速度偏差期望值的跟踪精度；c为阻尼因子；r0为误差反馈控制量增益；d)、利用估计值Z3对误差反馈控制量u0进行补偿，得到附加横摆力矩值ΔMωr；(3)、设计质心侧偏角偏差控制器，得到附加横摆力矩ΔMβ根据自抗扰控制原理，设计质心侧偏角偏差自抗扰控制器，其数学模型如下：同理，按照步骤(2)的方法，可以得到附加横摆力矩值ΔMβ；(4)、计算总附加横摆力矩ΔMYSC，即ΔMYSC＝ΔMωr+ΔMβ；(5)、根据附加横摆力矩值ΔMYSC在车轮间进行力矩分配采用如下转矩分配算法：其中，T'＝KθC表示每个车轮的期望驱动转矩，K是电动汽车加速踏板深度，θC是反映加速踏板和期望驱动转矩之间对应关系的常数，和分别表示左前、右前、左后、右后四个车轮的指令转矩；再将分配的4个车轮的指令转矩输入给对应车轮的四个电机，从而控制电动汽车的横摆侧向运动，使汽车车身稳定。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术四轮独立驱动电动汽车车身稳定控制方法，通过汽车线性二自由度操纵模型获得横摆角速度期望值，质心侧偏角期望值设为0后，通过基于自抗扰控制理论，分别设计横摆角速度偏差自抗扰控制器和质心侧偏角偏差自抗扰控制器，得到附加横摆力矩ΔMωr和ΔMβ，再将附加横摆力矩ΔMωr和ΔMβ线性相加得到作用到汽车上的总的附加横摆力矩ΔMYSC，最后，通过这个总的附加横摆力矩值对各个车轮转矩进行分配，给汽车四个电机输入分配的指令转矩，从而控制电动汽车的横摆侧向运动，使汽车车身稳定。同时，本专利技术四轮独立驱动电动汽车车身稳定控制方法还具有以下有益效果：(1)、与专利号为201410781886.8的专利《一种四轮独立驱动电动汽车的横摆角速度控制方法》相比，本专利技术以横摆角速度偏差和质心侧偏角偏差作为控制变量，这样不仅可以对横摆角速度进行控制，而且使横摆角速度偏差的期望值不受到干扰的影响，且始终保证为0，最终实现对四轮独立驱动电动汽车车身稳定的控制；这样也克服了横摆角速度的期望值受到干扰影响，从而使系统对干扰的抑制能力减弱，不利于抗扰能力的分析；(2)、本专利技术对算法模型依赖程度较低,抗干扰能力强，适合于动态特性复杂,且存在各种不确定性的非线性系统。附图说明图1是本专利技术电动汽车车身稳定控制系统结构框图；图2是跟踪能力测试时方向盘转角设置曲线图；图3是跟踪能力测试时横摆角速度偏差仿真曲线图；图4是跟踪能力测试时质心侧偏角偏差仿真曲线图；图5是抗扰能力测试的电动汽车方向盘转角设置曲线图；图6是抗扰能力测试时横摆角速度偏差仿真曲线图；图7是抗扰能力测试时质心侧偏角偏差仿真曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图1是车身稳定控制系统结构框图。在本实施例中，如图1所示，控制算法采用双层控制结构，其上层为直接横摆力矩制定层，下层为转矩分配层。在直接横摆力矩制定层，从四轮独立驱动电动汽车车辆模型获取车辆参数纵向车速u和前轮旋转角δ，通过汽车线性二自由度操纵模型获得横摆角速度期望值ωrd，质心侧偏角期望值βd为0，将实际横摆角速度值ωr与期望横摆角速度值ωrd相减，得到横摆角速度偏差eωr；质心侧偏角值β跟质心侧偏角期望值βd相减，得到质心侧偏角偏差eβ，因为质心侧偏角期望值βd为0，所以eβ＝β。接着，通过自抗扰控制器得到附加横摆力矩ΔMωr，同时通过自抗扰控制器得到附加横摆力矩ΔMβ。最后将附加横摆力矩ΔMωr和ΔMβ线性相加得到作用到汽车上的总的附加横摆力矩ΔMYSC。在转矩分配层，将总的附加横摆力矩ΔMYSC通过转矩分配算法进行分配，给汽车四个电机输入分配的指令转矩从而控制电动汽车的横摆侧向运动，使汽车车身稳定。下面对控制系统控制汽车横摆角速度的具体方法进行详细说明，如下：一种四轮独立驱动电动汽车的横摆角速度控制方法，包括以下步骤：(1)、计算横摆角速度期望值ωrd和质心侧偏角期望本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四轮独立驱动电动汽车的车身稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、计算横摆角速度期望值ωrd和质心侧偏角期望值βd根据线性二自由度操纵模型计算期望横摆角速度值ωrd：ωrd=u/L1+mL2(aCaf-bCar)u2·δ=u/L1+Ku2·δ]]>其中：u为车辆纵向车速；m表示车辆质量；a,b分别为前后车轮的轴距；δ为前轮旋转角度；Caf,Car分别为前轮侧偏刚度和后轮侧偏刚度；L＝a+b为车轮前轴跟后轴的间距；K＝m/L2(a/Caf‑b/Car)为车身稳定系数；将质心侧偏角期望βd设置为：βd＝0；(2)、设计横摆角速度偏差控制器，得到附加横摆力矩ΔMωr根据自抗扰控制原理，设计横摆角速度偏差自抗扰控制器，其数学模型如下：在数学模型中：a)、利用跟踪微分器得到期望横摆角速度偏差的跟踪信号和此跟踪信号的微分，其中，x1就是对期望横摆角速度偏差vωr＝0的跟踪信号,x2为x2的微分,h为积分步长，r为决定跟踪速度的速度因子，fhan(x1‑vωr，x2，r，h)是最速控制综合函数,该函数主要用于让x1在加速度r的限制下,“最快地”且“无颤振地”跟踪vωr；b)、利用扩张状态观测器得到横摆角速度偏差eωr的估计值Z1和横摆角速度偏差微分的估计值Z2，以及电动汽车受到的不确定扰动估计值Z3；在扩张状态观测器的模型中，横摆角速度偏差eωr＝横摆角速度值ωr‑横摆角速度期望值ωrd；b'0是补偿因子；fal(τ,σ,δ)=τδ(1-σ),|τ|≤δsign(τ)|τ|σ,|τ|>δ]]>当积分步长h给定时，扩张状态观测器的参数β01β02β03按下列公式确定：β01≈1h]]>β02=1e0.4762h1.4673≈11.6h1.5]]>β03=1e2.1567h2.2093≈18.6h2.2]]>c)、在误差非线性组合中，利用误差信号和微分信号非线性组合，得到误差反馈控制量；其中，e1为误差信号，e2为微分误差信号，u0为误差反馈控制量，h1决定跟踪横摆角速度偏差期望值的跟踪精度；c为阻尼因子；r0为误差反馈控制量增益；d)、利用估计值Z3对误差反馈控制量u0进行补偿，得到附加横摆力矩值ΔMωr；(3)、设计质心侧偏角偏差控制器，得到附加横摆力矩ΔMβ根据自抗扰控制原理，设计质心侧偏角偏差自抗扰控制器，其数学模型如下：同理，按照步骤(2)的方法，可以得到附加横摆力矩值ΔMβ；(4)、计算总附加横摆力矩ΔMYSC，即ΔMYSC＝ΔMωr+ΔMβ；(5)、根据附加横摆力矩值ΔMYSC在车轮间进行力矩分配采用如下转矩分配算法：Tfl*=T′+ΔMYSCTfr*=T′-ΔMYSCTrl*=T′+ΔMYSCTrr*=T′-ΔMYSC]]>其中，T'＝KθC表示每个车轮的期望驱动转矩，K是电动汽车加速踏板深度，θC是反映加速踏板和期望驱动转矩之间对应关系的常数，分别表示左前、右前、左后、右后四个车轮的指令转矩；再将分配的4个车轮的指令转矩输入给对应车轮的四个电机，从而控制电动汽车的横摆侧向运动，使汽车车身稳定。...

【技术特征摘要】
1.一种四轮独立驱动电动汽车的车身稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、计算横摆角速度期望值ωrd和质心侧偏角期望值βd根据线性二自由度操纵模型计算期望横摆角速度值ωrd：其中：u为车辆纵向车速；m表示车辆质量；a,b分别为前后车轮的轴距；δ为前轮旋转角度；Caf,Car分别为前轮侧偏刚度和后轮侧偏刚度；L＝a+b为车轮前轴跟后轴的间距；K＝m/L2(a/Caf-b/Car)为车身稳定系数；将质心侧偏角期望βd设置为：βd＝0；(2)、设计横摆角速度偏差控制器，得到附加横摆力矩ΔMωr根据自抗扰控制原理，设计横摆角速度偏差自抗扰控制器，其数学模型如下：在数学模型中：a)、利用跟踪微分器得到期望横摆角速度偏差的跟踪信号和此跟踪信号的微分，其中，x1就是对期望横摆角速度偏差vωr＝0的跟踪信号,x2为x1的微分,h为积分步长，r为决定跟踪速度的速度因子，fhan(x1-vωr，x2，r，h)是最速控制综合函数,该函数主要用于让x1在速度因子r的限制下,“最快地”且“无颤振地”跟踪vωr；b)、利用扩张状态观测器得到横摆角速度偏差eωr的估计值Z1和横摆角速度偏差微分的估计值Z2，以及电动汽车受到的不确定扰动估计值Z3；在扩张状态观测器的模型中，横摆角速度偏差eωr＝横摆角速度值ωr-期望横摆角速度值ωrd；b'0是补偿因子；当积分步长h给定时，扩张状态观测器的参数β01β02β03按下列公式确定：

【专利技术属性】
技术研发人员：辛晓帅，陈锐，邹见效，徐红兵，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51