一种电驱动客车横向动力学稳定性控制系统和方法技术方案

本发明专利技术属于涉及车辆横向动力学稳定性控制领域，涉及一种电驱动客车横向动力学稳定性控制系统、方法和可读介质，包括：附加横摆力矩计算模块、附加横摆力分配模块、AFS模块和差动制动模块；附加横摆力矩计算模块，用于根据车辆二自由度动力学模型计算附加横摆力矩；附加横摆力分配模块，用于将附加横摆力矩分配到AFS模块和差动制动模块；AFS模块，用于根据附加横摆力分配模块分配的附加横摆力矩对客车的附加前轮转角进行控制；差动制动模块，用于根据附加横摆力分配模块分配的附加横摆力矩，采用单轮

【技术实现步骤摘要】
一种电驱动客车横向动力学稳定性控制系统和方法


[0001]本专利技术涉及一种电驱动客车横向动力学稳定性控制系统、方法和可读介质，属于涉及车辆横向动力学稳定性控制领域。

技术介绍

[0002]电驱动客车具有质量大、质心高等特点，这就导致其更容易在紧急转向等横向运动工况中失去稳定性从而导致交通事故，因此对于电驱动客车的横向动力学稳定性研究有着重要的意义。
[0003]针对车辆的横向动力学稳定性，目前能够实现主动控制的技术有主动转向技术和差动制动技术。
[0004]对于客车，主动转向技术可分为前轮主动转向(AFS,Active Front Steering)技术和四轮主动转向技术。其中四轮主动转向受限于控制技术与车辆底盘结构，并未实现大范围推广；而前轮主动转向技术因为符合原有的转向逻辑，因此得以大量使用。AFS技术通过电子系统或者驱动电机配合行星齿轮，使得前轮在原有基础上增加一个转角，从而改变轮胎的侧向力，最终达到施加横摆力矩的目的。AFS技术具有实施快、作用效果明显等优点，不过所能产生的横摆力矩的能力有限，其大小受到轮胎与地面所能产生的最大附着力以及前轮转角大小有关。
[0005]差动制动技术依托于车辆的制动系统，通过对车辆的不同车轮分配不同大小的制动力矩，从而对车辆产生附加横摆力矩。目前电驱动客车的制动系统大都为气压电子制动系统，具备单独控制每个车轮的制动力矩的能力。目前附加横摆力矩分配算法有基于优化的方法和基于规则的方法。前者可以通过求解最优控制问题从而实现最优的力矩分配效果，但是其对于硬件的实时计算能力要求较高，难以推广；而基于规则的方法可以预先通过动力学计算来进行附加横摆力矩的分配，大大降低了计算复杂度，更有利于实时运行。差动制动技术的响应速度没有AFS快，但是其所能产生的横摆力矩的能力更强。
[0006]设计合理的附加横摆力矩计算以及分配算法，从而联合AFS模块与差动制动技术进行电驱动客车横向动力学稳定性控制，对于整车的安全性有着重要意义。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种电驱动客车横向动力学稳定性控制系统、方法和可读介质，其通过AFS模块和差动技术相结合的方法，可以充分利用两者优势，快速、稳定地实现电驱动客车横向动力学的稳定性控制。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提出了以下技术方案：一种电驱动客车横向动力学稳定性控制系统，包括：附加横摆力矩计算模块、附加横摆力分配模块、AFS模块和差动制动模块；附加横摆力矩计算模块，用于根据车辆二自由度动力学模型计算附加横摆力矩；附加横摆力分配模块，用于将附加横摆力矩分配到AFS模块和差动制动模块；AFS模块，用于根据附加横摆力分配模块分配的附加横摆力矩对客车的附加前轮转角进行控制；差动制动模块，
用于根据附加横摆力分配模块分配的附加横摆力矩，采用单轮
‑
单侧车轴的制动力矩分配算法对客车每个车轮的施加附加横摆力矩和方向进行控制。
[0009]进一步，车辆二自由度动力学模型为：
[0010][0011][0012]其中，ω
r
为客车的实际横摆角速度；β为客车的实际质心侧偏角；V
x
为车辆纵向速度；l为车辆前轴到后轴之间的距离；m为车辆总质量；k
d
、k
r
分别为车辆前轴和后轴的等效侧偏刚度；a为车辆前轴到车辆质心的距离，b为车辆后轴到车辆质心的距离；δ
f
为车辆前轮转角；I
zz
为车辆横摆转动惯量。
[0013]进一步，附加横摆力矩M
z
的计算公式为：
[0014][0015]其中，ω
rd
是理想横摆角速度，η是根据经验设置的常数分配因子，k是正的比例因子，∈是另一正的比例因子，tanh是为双曲正切函数。
[0016]进一步，附加横摆力矩分配到AFS模块和差动制动模块的分配方法为：附加横摆力矩M
z
为：
[0017]M
z
＝M
AFS
+M
DB
[0018]其中，M
AFS
为分配给AFS模块的附加横摆力矩；M
DB
为分配给差动制动模块的附加横摆力矩；分配给AFS模块实现的附加横摆力矩的计算公式为：
[0019]M
AFS
＝μ
·
M
z
[0020]分配给差动制动模块的附加横摆力矩的计算公式为：
[0021]M
DB
＝(1
‑
μ)
·
M
z
[0022]其中，μ为分配因子。
[0023]进一步，AFS模块中附加前轮转角的计算公式为：
[0024]M
AFS
≈a
·
k
f
·
Δδ
f
[0025]其中，Δδ
f
为由AFS模块产生的附加前轮转角。
[0026]进一步，差动制动模块中单轮
‑
单侧车轴的制动力矩分配算法包括以下步骤：如果分配给差动制动模块的附加横摆力矩M
DB
为正，则优先对内后轮进行制动，其次使用内前轮进行补充制动；如果分配给差动制动模块的附加横摆力矩M
DB
为负，则优先对外前轮进行制动，其次使用外后轮进行补充制动。
[0027]本专利技术还公开了一种电驱动客车横向动力学稳定性控制方法，采用上述任一项电驱动客车横向动力学稳定性控制系统，包括以下步骤：基于滑模控制理论，通过车辆二自由度动力学模型，计算附加横摆力矩；将附加横摆力矩分配至AFS模块和差动制动模块，通过AFS模块与差动制动模块共同实现电驱动客车各个轮的附加横摆力矩控制。
[0028]进一步，基于滑模控制理论，通过车辆二自由度动力学模型，计算附加横摆力矩的方法为：针对车辆侧向运动和横摆运动，根据牛顿第二定律，获得车辆二自由度动力学模型；设定滑移面，根据滑移面获得滑模趋近率的公式；将滑模面以及车辆二自由度动力学模型的公式代入滑模趋近率的公式，获得附加横摆力矩。
[0029]进一步，通过AFS模块与差动制动模块共同实现电驱动客车各个轮的附加横摆力矩控制的方法为：AFS模块中附加前轮转角的计算公式为：
[0030]M
AFS
≈a
·
k
f
·
Δδ
f
[0031]式中Δδ
f
为由AFS模块产生的附加前轮转角；差动制动模块通过单轮
‑
单侧车轴的制动力矩分配算法对客车每个车轮的施加附加横摆力矩和方向进行控制，单轮
‑
单侧车轴的制动力矩分配算法包括以下步骤：如果分配给差动制动模块的附加横摆力矩M
DB
为正，则优先对内后轮进行制动，其次使用内前轮进行补充制动；如果分配给差动制动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电驱动客车横向动力学稳定性控制系统，其特征在于，包括：附加横摆力矩计算模块、附加横摆力分配模块、AFS模块和差动制动模块；所述附加横摆力矩计算模块，用于根据车辆二自由度动力学模型计算附加横摆力矩；所述附加横摆力分配模块，用于将所述附加横摆力矩分配到所述AFS模块和所述差动制动模块；所述AFS模块，用于根据所述附加横摆力分配模块分配的附加横摆力矩对客车的附加前轮转角进行控制；所述差动制动模块，用于根据所述附加横摆力分配模块分配的附加横摆力矩，采用单轮
‑
单侧车轴的制动力矩分配算法对客车每个车轮的施加附加横摆力矩和方向进行控制。2.如权利要求1所述的电驱动客车横向动力学稳定性控制系统，其特征在于，所述车辆二自由度动力学模型为：二自由度动力学模型为：其中，ω
r
为客车的实际横摆角速度；β为客车的实际质心侧偏角；V
x
为车辆纵向速度；l为车辆前轴到后轴之间的距离；m为车辆总质量；k
f
、k
r
分别为车辆前轴和后轴的等效侧偏刚度；a为车辆前轴到车辆质心的距离，b为车辆后轴到车辆质心的距离；δ
f
为车辆前轮转角；I
zz
为车辆横摆转动惯量。3.如权利要求1所述的电驱动客车横向动力学稳定性控制系统，其特征在于，所述附加横摆力矩M
z
的计算公式为：其中，ω
rd
是理想横摆角速度，η是根据经验设置的常数分配因子，k是正的比例因子，∈是另一正的比例因子，tanh是为双曲正切函数。4.如权利要求1所述的电驱动客车横向动力学稳定性控制系统，其特征在于，所述附加横摆力矩分配到所述AFS模块和所述差动制动模块的分配方法为：所述附加横摆力矩M
z
为：M
z
＝M
AFS
+M
DB
其中，M
AFS
为分配给AFS模块的附加横摆力矩；M
DB
为分配给差动制动模块的附加横摆力矩；分配给AFS模块实现的附加横摆力矩的计算公式为：M
AFS
＝μ
·
M
z
分配给差动制动模块的附加横摆力矩的计算公式为：M
DB
＝(1
‑
μ)
·
M
z
其中，μ为分配因子。
5.如权利要求4所述的电驱动客车横向动力学稳定性控制系统，其特征在于，所述AFS模块中附加前轮转角的计算公式为：M
AFS
≈a
·...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡涵旸，张俊智，何承坤，刘伟龙，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：