CN107117072A - 轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制中的期望横摆率设计方法 - Google Patents

轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制中的期望横摆率设计方法 Download PDF

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刘志远
张茜
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Abstract

本发明公开了一种轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制中的期望横摆率设计方法，所述方法步骤如下：根据车轮试验数据确定前后轴车轮侧向力进入饱和时对应的前后轴车轮侧偏角αfm和αrm；依据前轴车轮侧偏角αf和αfm，将前轴侧向力分为5个分区：线性1区、线性2区、非线性1区、非线性2区、饱和区，后轴车轮分区方法相同；对前后轴车轮侧向力5个分区进行组合，确定六种分区为有效分区，其余分区为无效分区；根据估计出的前后轴侧偏角，计算有效分区的期望横摆率。本发明依据车轮侧偏角和车轮侧向力特征，将车辆侧向力划分为不同特性的区域，并由此计算期望横摆率，可避免期望横摆率设计的过大或过小对横摆响应性能或横摆稳定性能的影响。

Description

轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制中的期望横摆率 设计方法
技术领域
本发明属于车辆横摆稳定控制技术领域，涉及一种轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制中的期望横摆率设计方法。
背景技术
车辆横摆稳定控制是防止车辆不足转向或过度转向，提高车辆转向安全性的重要技术手段。传统汽车通过附加制动扭矩调节横摆率，实现安全转向的控制目标。为避免长时间附加制动扭矩对制动器和车速产生影响，传统汽车在转向开始时不进行横摆稳定控制，当识别到车辆处于不足转向或过度转向后才通过横摆稳定控制调节车辆横摆率，防止不足转向或过度转向现象的产生。
与传统汽车横摆稳定控制方式不同，轮毂/轮边电机驱动电动汽车利用车轮扭矩独立驱动的特点，通过调节左右侧驱动扭矩差使车辆附加横摆扭矩，利用该扭矩改变车辆横摆率，实现车辆横摆稳定控制功能。这种横摆稳定控制方式的改变，使得轮毂/轮边电机驱动电动汽车不仅可以实现传统汽车的横摆稳定控制功能，达到安全转向的控制目标，还可在车辆转向开始时就进行横摆稳定控制，提高车辆的转向性能。因此，轮毂/轮边电机驱动电动汽车开始转向后，可首先进行横摆率跟踪控制，使实际横摆率跟踪期望横摆率，改善车辆横摆动态响应性能；当识别到不足转向或过度转向后，则将控制目标转换为防止不足转向或过度转向。
目前，轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制的研究侧重在横摆率跟踪控制算法上。横摆率跟踪控制过程中，一种方法是将单轨车辆模型的稳态值作为期望横摆率或根据路面附着系数和车速直接计算期望横摆率。这种直接计算期望横摆率的方法过于粗糙，工况适用性差，难以应用。其原因是不同附着系数路面、车速和方向盘转角时，期望横摆率会过大或过小。当期望横摆率过大时，横摆率跟踪控制在改善车辆横摆动态响应性能过程中易导致车轮侧向力饱和，使车辆出现过度转向现象从而导致车辆失稳。当期望横摆率过小时，横摆率跟踪控制无法改善车辆横摆动态响应性能。
为避免直接计算期望横摆率所带来的上述问题，工程中也采用在不同车速和方向盘转角工况下，根据实际测量的横摆率和修正方法进行期望横摆率试验标定的方法。但遍历可能的车速和方向盘转角范围将面临大量的试验，带来周期长，成本高的问题。
轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制中，期望横摆率对于提高横摆响应性能，防止车辆失稳非常重要，但目前缺乏有效的方法。
发明内容
本发明针对直接计算期望横摆率带来的工况适用性差，难以应用，以及试验标定期望横摆率带来的试验量大、周期长、成本高的问题，提供了一种轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制中的期望横摆率设计方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制中的期望横摆率设计方法，包括如下步骤：
一、根据车轮试验数据确定前后轴车轮侧向力进入饱和时对应的前后轴车轮侧偏角αfm和αrm。
二、依据前轴车轮侧偏角αf和αfm，将前轴侧向力分为5个分区：线性1区：线性2区：非线性1区：非线性2区：饱和区：αf＞αfm。
三、依据后轴车轮侧偏角αr和αrm，将后轴侧向力分为5个分区：线性1区：线性2区：非线性1区：非线性2区：饱和区：ar＞arm。
四、对前轴车轮侧向力5个分区和后轴车轮侧向力5个分区进行组合，以下六种分区为有效分区，其余分区为无效分区：
第一有效分区：前后轴都处于线性1区；
第二有效分区：前轴处于线性2区，后轴处于线性1区；
第三有效分区：前后轴都处于线性2区；
第四有效分区：前轴处于非线性1区，后轴处于线性2区；
第五有效分区：前轴处于非线性2区，后轴处于线性2区；
第六有效分区：前轴处于饱和区，后轴处于线性2区。
五、横摆稳定控制过程中，根据估计出的前后轴侧偏角，确定所在的分区，若为有效分区，则计算期望横摆率；若为无效分区，则保持原有期望横摆率不变。
本发明依据车轮侧偏角和车轮侧向力特征，将车辆侧向力划分为不同特性的区域，并由此计算期望横摆率，可避免期望横摆率设计的过大或过小对横摆响应性能或横摆稳定性能的影响。
附图说明
图1为前轴车轮进入饱和区时对应的前轴车轮侧偏角αfm；
图2为后轴车轮进入饱和区时对应的后轴车轮侧偏角αrm；
图3为前轴车轮侧偏角的三分区：线性区、非线性区和饱和区；
图4为前轴车轮侧偏角的五分区：2个线性区、2个非线性区和1个饱和区。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制中的期望横摆率设计方法，具体实施步骤如下：
一、根据车轮试验数据，绘制前(后)轴车轮侧向力与侧偏角的曲线，将曲线中侧向力进入饱和时对应的前(后)轴车轮侧偏角作为αfm(αrm)，如图1和图2所示。
二、根据车轮侧向力与侧偏角的非线性特性，依据车轮侧偏角对侧向力进行第一次分区。第一次分区是将车轮侧向力分为三个区，即线性区、非线性区和饱和区。图3为前轴侧向力与侧偏角的分区方法，对前轴车轮侧偏角和侧向力进行第一次分区时，线性区的取值为非线性区的取值为饱和区为αf＞αfm。后轴分区与前轴同，即：线性区的取值为非线性区的取值为饱和区为ar＞arm。
三、对步骤二给出的第一次分区再次进行分区，分区方法是将线性区再分为2个区，非线性再分为2个区，最终形成5个分区，如图4所示。对前轴车轮侧偏角和侧向力进行前轴第二次分区时，线性1区为：线性2区为：非线性1区：非线性2区：后轴分区与前轴同，即：线性1区为：线性2区为：非线性1区为：非线性2区为：饱和区。
四、对前轴车轮侧向力5个分区和后轴车轮侧向力5个分区进行组合，以下六种分区为有效分区，其余分区为无效分区：
第一有效分区：前后轴都处于线性1区；
第二有效分区：前轴处于线性2区，后轴处于线性1区；
第三有效分区：前后轴都处于线性2区；
第四有效分区：前轴处于非线性1区，后轴处于线性2区；
第五有效分区：前轴处于非线性2区，后轴处于线性2区；
第六有效分区：前轴处于饱和区，后轴处于线性2区。
五、横摆稳定控制过程中，根据估计出的前后轴侧偏角，确定所在的分区，若为有效分区，则按以下方法计算有效分区的期望横摆率γs(i＝1,2,3,4,5,6)；若为无效分区，则保持原有期望横摆率不变。期望横摆率的计算公式如下：
第一有效分区：
第二有效分区：
γ2s＝γ2s1+γ2s2 (2)；
其中：
第三有效分区：
γ3s＝γ3s1+γ3s2+γ3s3 (3)；
其中：
第四有效分区：
γ4s＝γ4s1+γ4s2+γ4s3 (4)；
其中：
第五有效分区：
γ5s＝γ5s1+γ5s2+γ5s3 (5)；
其中：
第六有效分区：
上式中各物理量定义如下：
m—车辆质量；
δ—车辆前轮转向角；
vx—车辆纵向速度；
lf—车辆质心到前轴的距离；
lr—车辆质心到后轴的距离；
L—车辆轴距L＝lf+lr；
Cfi—前轴侧向力处于第i个分区对应的轮胎侧偏刚度；
Cri—后轴侧向力处于第i个分区对应的轮胎侧偏刚度。

Claims (4)

1.一种轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制中的期望横摆率设计方法，其特征在于所述方法步骤如下：
一、根据车轮试验数据确定前后轴车轮侧向力进入饱和时对应的前后轴车轮侧偏角αfm和αrm；
二、依据前轴车轮侧偏角αf和αfm，将前轴侧向力分为5个分区：线性1区、线性2区、非线性1区、非线性2区、饱和区；
三、依据后轴车轮侧偏角αr和αrm，将后轴侧向力分为5个分区：线性1区、线性2区、非线性1区、非线性2区、饱和区；
四、对前轴车轮侧向力5个分区和后轴车轮侧向力5个分区进行组合，以下六种分区为有效分区，其余分区为无效分区：
第一有效分区：前后轴都处于线性1区；
第二有效分区：前轴处于线性2区，后轴处于线性1区；
第三有效分区：前后轴都处于线性2区；
第四有效分区：前轴处于非线性1区，后轴处于线性2区；
第五有效分区：前轴处于非线性2区，后轴处于线性2区；
第六有效分区：前轴处于饱和区，后轴处于线性2区；
五、横摆稳定控制过程中，根据估计出的前后轴侧偏角，确定所在的分区，若为有效分区，则计算期望横摆率；若为无效分区，则保持原有期望横摆率不变。
2.根据权利要求1所述的轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制中的期望横摆率设计方法，其特征在于所述前轴侧向力5个分区中，线性1区：线性2区：非线性1区：非线性2区：饱和区：αf＞αfm。
3.根据权利要求1所述的轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制中的期望横摆率设计方法，其特征在于所述后轴侧向力5个分区中，线性1区：线性2区：非线性1区：非线性2区：饱和区：ar＞arm。
4.根据权利要求1所述的轮毂/轮边电机驱动电动汽车横摆稳定控制中的期望横摆率设计方法，其特征在于所述期望横摆率的计算公式如下：
第一有效分区：
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第二有效分区：
γ2s＝γ2s1+γ2s2；
其中：
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第三有效分区：
γ3s＝γ3s1+γ3s2+γ3s3；
其中：
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第四有效分区：
γ4s＝γ4s1+γ4s2+γ4s3；
其中：
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第五有效分区：
γ5s＝γ5s1+γ5s2+γ5s3；
其中：
<mrow> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mrow> <mn>5</mn> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>v</mi> <mi>x</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>mv</mi> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>l</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>f</mi> <mn>4</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>l</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>f</mi> <mn>4</mn> </mrow> </msub> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mi>L</mi> </mrow> </mfrac> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
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第六有效分区：
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上式中各物理量定义如下：
m—车辆质量；
δ—车辆前轮转向角；
vx—车辆纵向速度；
lf—车辆质心到前轴的距离；
lr—车辆质心到后轴的距离；
L—车辆轴距L＝lf+lr；
Cfi—前轴侧向力处于第i个分区对应的轮胎侧偏刚度；
Cri—后轴侧向力处于第i个分区对应的轮胎侧偏刚度。
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