CN108340967B - 多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法 - Google Patents

多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明具体地公开了多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法，包括：步骤1，车辆转向时为车轮分配初步驱动力矩；步骤2，计算理想横摆角速度和理想质心侧偏角；步骤3，通过理想横摆角速度和实时横摆角速度得到横摆角速度差值；通过理想质心侧偏角和实时质心侧偏角得到质心侧偏角差值；步骤4，如果横摆角速度差值过大或者质心侧偏角差值过大，则执行步骤5，否则返回步骤2；步骤5，利用计算的最终驱动力矩驱动电动车辆；然后返回步骤2。在对多轮独立驱动电动车转向时的关键参数的控制基础上，本发明兼顾了车轮滑转状态管理，实现了车辆横摆稳定性的控制，从而能够有效保障汽车行驶过程中的侧向稳定性。

Description

多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法
技术领域
本发明涉及多轮独立驱动电动车辆技术领域，更为具体地，本发明为多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法。
背景技术
目前，多轮独立电驱动车辆往往由电机直接驱动车轮，或者采用轮毂电机将电动机和车轮集成为一体；这种多轮独立电驱动车辆省掉了离合器、变速器、传动桥及差速器等传统传动环节，各车轮由单独的驱动电机驱动，驱动力矩可以独立控制，使传动效率得到大幅提高，便于实现机电一体化及整车轻量化的目标。
但是，在多轮独立驱动电动车辆转向过程中，各控制参数会发生变化，由于现有技术存在的局限，常规控制方法对多轮独立驱动电动车辆的横摆稳定性控制不够理想，很可能会使得车辆失去稳定性，发生侧滑甚至翻车。
因此，如何保证多轮独立驱动电动车辆的转向稳定性，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。
发明内容
为解决常规控制方法对多轮独立驱动电动车辆的横摆稳定性控制不理想的问题，本发明创新提出了一种多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法，该方法同时将横摆角速度、质心侧偏角以及车轮滑转状态等控制参数考虑在内，从而有效实现了车辆横摆稳定性控制，有效地保障了汽车转向过程中的稳定性。
为实现上述技术目的，本发明公开了多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法，该控制方法包括如下步骤，
步骤1，在多轮独立驱动电动车辆转向时，为电动车辆的各车轮分别分配初步驱动力矩；
步骤2，获取电动车辆的实时车速、实时转向角、实时横摆角速度及实时质心侧偏角，并读取整车结构参数；再通过所述整车结构参数、所述实时车速及所述实时转向角得到电动车辆的理想横摆角速度和理想质心侧偏角；
步骤3，将所述理想横摆角速度与所述实时横摆角速度做差计算，以得到横摆角速度差值；将理想质心侧偏角与实时质心侧偏角做差计算，以得到质心侧偏角差值；
步骤4，如果所述横摆角速度差值的绝对值大于第一阈值或所述质心侧偏角差值的绝对值大于第二阈值，则执行步骤5，否则返回步骤2；
步骤5，利用所述实时转向角、所述横摆角速度差值及所述质心侧偏角差值计算附加横摆力矩，将所述附加横摆力矩与所述初步驱动力矩叠加，以得到最终驱动力矩，利用所述最终驱动力矩驱动电动车辆的内侧车轮和外侧车轮；然后返回步骤2。
基于上述的技术方案，本发明在转向过程中横摆稳定性不足时，利用各轮驱动力矩的差异形成附加横摆力矩的方法避免横摆失稳的产生，完成对初步驱动力矩的补偿，从而保障多轮独立驱动电动车辆转向的稳定性，以解决现有横摆稳定性控制方法存在的可能导致车辆侧滑或翻车的问题，实现对多轮独立驱动电动车辆转向过程的理想控制。
进一步地，步骤5中，所述附加横摆力矩包括第一补偿横摆力矩和第二补偿横摆力矩，通过所述实时转向角计算出所述第一补偿横摆力矩，通过所述横摆角速度差值和所述质心侧偏角差值计算出第二补偿横摆力矩。
基于上述改进的技术方案，通过实时转向角得出的第一补偿横摆力矩可达到预测电动车辆转向趋势并补偿力矩的目的，通过横摆角速度差值和质心侧偏角差值得出的第二补偿横摆力矩可达到实时补偿力矩的目的，以更好地保持多轮独立驱动电动车辆转向的稳定性。
进一步地，所述多轮独立驱动电动车辆具有相互通信的上层控制器和下层控制器；
步骤5中，通过上层控制器计算所述附加横摆力矩；通过下层控制器将所述附加横摆力矩分配至电动车辆的各车轮、与所述初步驱动力矩叠加。
基于上述改进的技术方案，本发明所提供的控制策略具有可靠性强、层次清晰、控制合理等突出优点。
进一步地，上层控制器包括前馈控制器和反馈控制器；
步骤5中，所述前馈控制器用于通过所述实时转向角计算出所述第一补偿横摆力矩，所述反馈控制器用于通过所述横摆角速度差值和所述质心侧偏角差值计算出第二补偿横摆力矩。
进一步地，步骤5中，附加横摆力矩＝第一补偿横摆力矩+第二补偿横摆力矩。
进一步地，步骤5中，用于计算所述第一补偿横摆力矩的实时转向角为电动车辆前轮转向角。
进一步地，步骤1中，按照各车轮转向半径的平方所占比例分配初步驱动力矩。
进一步地，步骤2中，利用车辆线性二自由度理想模型的运动微分方程计算电动车辆的理想横摆角速度和理想质心侧偏角。
进一步地，步骤2中，所述整车结构参数包括轮胎侧倾刚度和轴距。
进一步地，步骤3中，所述横摆角速度差值＝理想横摆角速度－实时横摆角速度，所述质心侧偏角差值＝理想质心侧偏角－实时质心侧偏角。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种解决多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性问题的驱动力矩分配策略，该分配策略在对多轮独立驱动电动车转向时的关键参数(横摆角速度和质心侧偏角)的控制基础上，兼顾车轮滑转状态管理，实现了车辆横摆稳定性控制，从而能够有效保障汽车行驶过程中的侧向稳定性。
附图说明
图1为多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法的流程示意图。
图2为上层控制器的工作原理示意图。
图3为内侧车轮绕质心力臂示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法进行详细的解释和说明。
如图1至3所示，本实施例具体地公开了一种多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法，首先根据车辆转向角以及车辆结构参数计算不同车速、不同转向角下的电动车辆的理想转向参数(横摆角速度和质心侧偏角)，并与此时实际值作对比，若相差过大则说明车辆容易横摆失稳，此时计算需要补偿的横摆力矩值，然后以此为依据将补偿横摆力矩合理分配到内外侧车轮的驱动力矩(或称之为“转矩”)，以驱动电动车辆稳定转向，使车轮工作状态理想；具体来说，该控制方法包括如下步骤。
步骤1，在多轮独立驱动电动车辆转向时，为电动车辆的各车轮分别分配初步驱动力矩。在本实施例中，依据各车轮转弯半径大小的不同可按一定比例关系将整车驱动力矩进行初步分配，在本实施例中，按照各车轮转向半径的平方所占比例分配初步驱动力矩。本发明中转向过程中的各个车轮分为内侧车轮和外侧车轮两类，同一轴向上，靠近转向圆心的车轮为内侧车轮，反之为外侧车轮。
步骤2，获取电动车辆的实时车速、实时转向角、实时横摆角速度及实时质心侧偏角，并读取整车结构参数；再通过整车结构参数、实时车速及实时转向角得到电动车辆的理想横摆角速度和理想质心侧偏角；本实施例中，上述整车结构参数包括轮胎侧倾刚度和轴距，利用车辆线性二自由度理想模型的运动微分方程计算电动车辆的理想横摆角速度和理想质心侧偏角，在本发明的技术启示下，具体的计算公式可从常规方案中选取，本发明不再赘述。另外，上述的实时转向角可通过采集方向盘转角传感器信号的方式获得。
步骤3，将理想横摆角速度与实时横摆角速度做差计算，以得到横摆角速度差值；将理想质心侧偏角与实时质心侧偏角做差计算，以得到质心侧偏角差值。本实施例中，横摆角速度差值＝理想横摆角速度－实时横摆角速度，质心侧偏角差值＝理想质心侧偏角－实时质心侧偏角，或者横摆角速度差值＝实时横摆角速度－理想横摆角速度，或者质心侧偏角差值＝实时质心侧偏角－理想质心侧偏角。
步骤4，如果横摆角速度差值的绝对值大于第一阈值或质心侧偏角差值的绝对值大于第二阈值，则执行步骤5，否则返回步骤2。需要说明的是，在本实施例公开的内容的基础上，对于“第一阈值”、“第二阈值”，可根据具体电动车辆的车型和相关参数进行合理而明智的设定。
步骤5，利用上述的实时转向角、横摆角速度差值及质心侧偏角差值计算附加横摆力矩，将附加横摆力矩与初步驱动力矩叠加，从而得到最终驱动力矩，利用最终驱动力矩驱动电动车辆的内侧车轮和外侧车轮；然后返回步骤2。在本实施例中，附加横摆力矩包括第一补偿横摆力矩和第二补偿横摆力矩，其中，附加横摆力矩＝第一补偿横摆力矩+第二补偿横摆力矩；通过实时转向角计算出第一补偿横摆力矩，通过横摆角速度差值和质心侧偏角差值计算出第二补偿横摆力矩。
具体实施时，本实施例的多轮独立驱动电动车辆具有相互通信的上层控制器和下层控制器；在上述的步骤5中，通过上层控制器计算附加横摆力矩(即纠正电动车辆姿态所需的横摆力矩)，且通过下层控制器将附加横摆力矩分配至电动车辆的各车轮，即得到各驱动轮驱动力的调整值，并与初步驱动力矩叠加，得到最终驱动力矩。
更为具体地，上层控制器包括前馈控制器和反馈控制器；在步骤5中，前馈控制器用于通过实时转向角计算出第一补偿横摆力矩，而反馈控制器用于通过横摆角速度差值和质心侧偏角差值计算出第二补偿横摆力矩。
前馈控制器用于在车辆失稳之前对车辆运动姿态的一种提前预测，使车辆的横摆角速度和质心侧偏角趋于理想值，前馈控制器输出车辆的第一补偿横摆力矩Mff，如图2所示：
Mff(s)＝Gffδf(s)
其中，δf表示实时转向角，Gff表示前馈控制器的比例增益参数；而且在上述的步骤5中，用于计算第一补偿横摆力矩的实时转向角为电动车辆前轮转向角。
对于反馈控制器，以横摆角速度的实际值与理想值的差值、质心侧偏角的实际值与理想值的差值作为输出，采用线性二次型最优控制算法求解第二补偿横摆力矩Mfb，在本发明的技术启示下，涉及的线性二次型最优控制算法的具体计算过程可从常规方案中选取，本发明不再赘述。
综上，可得到附加横摆力矩Mz：
Mz＝Mff+Mfb
图3中定义附加横摆力矩Mz，沿顺时针旋转方向时为正，前轮右转为正，(图3中的“1”……“8”表示车轮组序号)可得通过各轮驱动力调整量形成的横摆力矩表达式为：
其中，ΔFLia和ΔFRia分别为左右侧车轮的驱动力调整量，驱动力增加为正，驱动力降低为负；lLi和lRi为左右侧车轮驱动力在整车质心处形成的力臂。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法，其特征在于：该控制方法包括如下步骤，
步骤1，在多轮独立驱动电动车辆转向时，为电动车辆的各车轮分别分配初步驱动力矩；
步骤2，获取电动车辆的实时车速、实时转向角、实时横摆角速度及实时质心侧偏角，并读取整车结构参数；再通过所述整车结构参数、所述实时车速及所述实时转向角得到电动车辆的理想横摆角速度和理想质心侧偏角；
步骤3，将所述理想横摆角速度与所述实时横摆角速度做差计算，以得到横摆角速度差值；将所述理想质心侧偏角与所述实时质心侧偏角做差计算，以得到质心侧偏角差值；
步骤4，如果所述横摆角速度差值的绝对值大于第一阈值或所述质心侧偏角差值的绝对值大于第二阈值，则执行步骤5，否则返回步骤2；
步骤5，利用所述实时转向角、所述横摆角速度差值及所述质心侧偏角差值计算附加横摆力矩，将所述附加横摆力矩与所述初步驱动力矩叠加，以得到最终驱动力矩，利用所述最终驱动力矩驱动电动车辆的内侧车轮和外侧车轮；然后返回步骤2；
步骤5中，所述附加横摆力矩包括第一补偿横摆力矩和第二补偿横摆力矩，通过所述实时转向角计算出所述第一补偿横摆力矩，通过所述横摆角速度差值和所述质心侧偏角差值计算出第二补偿横摆力矩。
2.根据权利要求1所述的多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法，其特征在于：所述多轮独立驱动电动车辆具有相互通信的上层控制器和下层控制器；
步骤5中，通过上层控制器计算所述附加横摆力矩；通过下层控制器将所述附加横摆力矩分配至电动车辆的各车轮、与所述初步驱动力矩叠加。
3.根据权利要求2所述的多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法，其特征在于：上层控制器包括前馈控制器和反馈控制器；
步骤5中，所述前馈控制器用于通过所述实时转向角计算出所述第一补偿横摆力矩，所述反馈控制器用于通过所述横摆角速度差值和所述质心侧偏角差值计算出第二补偿横摆力矩。
4.根据权利要求3所述的多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法，其特征在于：
步骤5中，附加横摆力矩＝第一补偿横摆力矩+第二补偿横摆力矩。
5.根据权利要求4所述的多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法，其特征在于：
步骤5中，用于计算所述第一补偿横摆力矩的实时转向角为电动车辆前轮转向角。
6.根据权利要求1或5所述的多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法，其特征在于：
步骤1中，按照各车轮转向半径的平方所占比例分配初步驱动力矩。
7.根据权利要求6所述的多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法，其特征在于：
步骤2中，利用车辆线性二自由度理想模型的运动微分方程计算电动车辆的理想横摆角速度和理想质心侧偏角。
8.根据权利要求7所述的多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法，其特征在于：
步骤2中，所述整车结构参数包括轮胎侧倾刚度和轴距。
9.根据权利要求1或8所述的多轮独立驱动电动车辆转向时的横摆稳定性的控制方法，其特征在于：
步骤3中，所述横摆角速度差值＝理想横摆角速度－实时横摆角速度，所述质心侧偏角
差值＝理想质心侧偏角－实时质心侧偏角。
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