CN108437978A - 四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法 - Google Patents

Abstract

四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，根据转向盘转角和驱动/制动踏板开度获取各车轮的驱动/制动力矩；根据车轮的角速度、转矩信息，及高、中、小、低四种路面附着系数及对应的最优滑动率，获得控制车轮滑动率的调节转矩；根据车辆在正常直线行驶、转向行驶、滑动行驶三种状况下的车速以及转向盘转角获得车辆的理想质心侧偏角、理想横摆角速度，再经横摆力矩控制器得到各车轮的横摆力矩调整值，最后将驱动/制动力矩、调节转矩、横摆力矩调整值进行分配以实现稳定控制。本发明具有各车轮转矩独立控制，车辆行驶路面、车速自动识别，滑动、横摆同步监测控制的特点，能提高车辆的横摆稳定性。

Description

四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法

技术领域

本发明涉及一种涉及轮毂电机驱动车辆稳定性控制技术，尤其涉及一种四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，具体适用于提高车辆的横摆稳定性。

背景技术

新能源汽车与传统汽车在能量来源、动力输出、整车控制等部分都有较大的差异，传统汽车的方案并不能完全适应电动汽车的需求，并且针对不同的车辆，整车驱动结构形式也存在差异。四轮毂电机驱动车辆，属于分布式驱动，其整车取消了变速箱、传动轴、离合器等一系列传统结构，降低整车质量的同时还提高了车辆的零部件可靠性。由于四个轮毂电机的转矩是独立可控的，电机响应速度快，因此该车型还具有较强的机动性。

四轮毂电机独立驱动车辆与传统的集中式驱动车辆相比具有明显的优势，但也带来了问题：(1)车体质量分布发生变化，簧下质量变大，转向系惯量增加使得车辆的转向特性、横摆特性发生变化；(2)车轮转矩独立控制，电机转矩波动和控制精度引发转矩协调性变差。问题(1)、(2)都会引起车辆的横摆稳定性变差。

综上所述，为保证车辆的转向稳定性，就需要对车辆的稳定性进行控制，其目的主要是为了提高车辆的稳定性，尤其是横摆稳定性。

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的横摆稳定性较差的缺陷与问题，提供一种横摆稳定性较好的四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法；所述集成控制方法包括以下步骤：

步骤一：获取四个车轮的驱动/制动力矩T₁、T₂、T₃、T₄；

步骤二：获取四个车轮的控制车轮滑动率的调节转矩ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄；

步骤三：获取四个车轮的横摆力矩调整值ΔT_ys1、ΔT_ys2、ΔT_ys3、ΔT_ys4；

步骤四：将步骤一、步骤二、步骤三中得到的驱动/制动力矩、调节转矩、横摆力矩调整值分配到四个车轮上，以实现车辆的稳定性控制，分配规则如下所示：

其中，T_m1、T_m2、T_m3、T_m4分别为四个车轮所分配到的控制力矩，而标号1、2、3、4分别指左前车轮、右前车轮、左后车轮、右后车轮。

步骤一中，所述获取四个车轮的驱动/制动力矩T₁、T₂、T₃、T₄是指：

由驾驶员控制车辆的转向盘和驱动/制动踏板开度，以得到车辆的转向盘转角δ以及驱动/制动力矩T₁、T₂、T₃、T₄，其中，T₁、T₂、T₃、T₄为根据驱动/制动踏板开度得到的车轮力矩，当车轮处于驱动状况下T₁、T₂、T₃、T₄为电机驱动力矩，当车轮处于制动状况下T₁、T₂、T₃、T₄为电机制动力与机械制动力之和。

所述T₁、T₂、T₃、T₄为根据驱动/制动踏板开度得到的车轮力矩是指：以所述车轮力矩为驱动/制动踏板模拟量输出，则：

所述踏板开度包括驱动踏板开度与制动踏板开度，踏板开度、制动踏板开度分别为：

驱动踏板开度：制动踏板开度：

其中，x_AP、x_BP为驱动、制动踏板传感器模拟量，AP_min、AP_max为驱动踏板最小、最大输出值，BP_min、BP_max为制动踏板最小、最大输出值。

步骤二中，所述获取四个车轮的控制车轮滑动率的调节转矩ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄是指：

先将路面的附着系数分为高、中、小、低附着系数四种，再根据各车轮的角速度、转矩信息以对路面的当前附着系数进行计算，然后根据计算所得的当前附着系数与前述高、中、小、低附着系数进行匹配以得到当前路面的最优滑动率，再由滑动率控制器根据各车轮的最优滑动率与实际滑动率之间的差值进行计算以得到控制车轮滑动率的调节转矩ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄，其中，各车轮的实际滑动率根据车轮的车速、转速信号进行计算所得。

所述高、中、小、低附着系数路面的最优滑动率分别为0.25、0.2、0.15、0.1。

步骤三中，所述获取四个车轮的横摆力矩调整值ΔT_ys1、ΔT_ys2、ΔT_ys3、ΔT_ys4是指：

先由车速计算模块根据四个车轮的转速对车辆在正常直线行驶、正常转向行驶、车轮滑动行驶这三种状况下的车速进行计算，再以计算所得的车速与驾驶员的转向盘转角作为车辆理想自由度模型的输入，从而得到车辆的理想质心侧偏角和理想横摆角速度，然后用理想质心侧偏角对理想横摆角速度进行约束限制，以得到车辆当前运行工况下的目标横摆角速度，再以目标横摆角速度和实际横摆角速度之间的差值及其变化率作为横摆力矩控制器的输入，以三个参数调整量Δk_P、Δk_l、Δk_D作为输出，通过横摆力矩控制器得到四个车轮的横摆力矩调整值ΔT_ys1、ΔT_ys2、ΔT_ys3、ΔT_ys4。

所述由车速计算模块根据四个车轮的转速对车辆在正常直线行驶、正常转向行驶、车轮滑动行驶这三种状况下的车速进行计算是指下述三种计算方法中的任意一种或任意两种或任意三种：

当正常直线行驶时：式中为整车控制器根据目标车速发送给电机控制器的转速指令，为电机实际转速，可由电机旋变传感器采集，为由控制精度产生的误差转速，i＝1、2、3、4，指代左前、右前、左后、右后车轮；若四个电机转速满足：

则判定车辆正常直线行驶，此时车速计算式为：其中，i为电机与车轮之间的减速比，r为车轮滚动半径；

当正常转向行驶时：两个转向前轮的转速满足：其中，B为车身宽度，Δt为车轮转一圈所需要的时间，故R为车辆转向半径，车轮转向过程中的转速关系为：

其中，式中l为前后轴距离，若满足则认为车辆处于转向过程，此时的质心车速可通过求出；

当车轮滑动行驶时：当车轮既不是在直行，也不是在转向过程中，可通过四个车轮转速进行对比，当四个车轮中至少有一个车轮不滑动时，不滑动的车轮转速会远低于滑动的车轮，此时的质心车速通过转速最低的车轮求出；若四个车轮都处于滑动时，设定在高附着系数路面上质心车速换算的转速为中附着系数路面上质心车速换算的转速为小附着系数路面上质心车速换算的转速为低附着系数路面上质心车速换算的转速为

所述目标横摆角速度、目标横摆角速度变化率、Δk_P、Δk_I、Δk_D各分为七个等级，其中，目标横摆角速度的变化论域设定为[-9，9]，目标横摆角速度变化率的变化论域设定为[-3，3]，Δk_P、Δk_I、Δk_D隶属度函数范围为[-10，10]。

在使用横摆力矩控制器时，将目标横摆角速度、目标横摆角速度变化率的量化因子分别设定为3、10，将Δk_P、Δk_I、Δk_D的量化因子都设定为1。

制定Δk_P、Δk_I、Δk_D这三个参数调整量的调节规则，应用时，任选其中任意一个或任意两个或任意三个；

所述Δk_P的调节规则为：当目标横摆角速度为负值较大时说明目标值与实际值相差较大，k_P的调节速度需要加快，因此需要增大k_P的值，故需要增大Δk_P调节值；当目标横摆角速度为正值较大时说明目标值小于实际值，且相差较大，k_P的调节速度过快。因此需要减小k_P的值，故需要减小Δk_P调节值；当目标横摆角速度为正，目标横摆角速度变化率正负较大时，说明当前车辆的实际横摆角速度还没有达到目标横摆角速度，稳定性需要加强，因此需要增大k_P值，实现实际横摆角速度快速逼近目标值横摆角速度；当目标横摆角速度为负，目标横摆角速度变化率正负较大时，说明目标值低于实际值，稳定性需要加强，此时应该减小k_P的调节作用，因此需要减小Δk_P调节值；

所述Δk_I的调节规则为：当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值正负较大时，说明由差值本身就可以引起控制系统的调节作用，因此不需要积分项的调节作用，所以应该减小Δk_I；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为负时，当差值的变化率值较小时需要增大k_I的调节作用，故增大Δk_I的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为正时，当差值的变化率值较小时需要减小k_I的调节作用，从而减小控制系统的调节量，故减小Δk_I的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为零时，需要增大k_I的调节作用，可以避免稳态误差的出现；

所述Δk_D的调节规则为：当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为负较大时，说明目标值小于实际值，为避免横摆失稳，需要增强系统的预测调节强度，故增加k_D的值，所以Δk_D的值增大；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为正较大时，说明目标值大于实际值，车辆稳定性相对较好，为避免微分项的引入造成系统振荡，需要减小系统的调节强度，故减小k_D的值，所以Δk_D的值减小；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为负时，若差值变化率值较大就需要增强微分项的调节强度，需要增加k_D的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为正时，若差值变化率值较大就需要减小微分项的调节强度，需要减小k_D的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值及变化率都接近为0时，微分项的调节作用可以很小或为0，因此Δk_D的值取为0。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，在应用时，能对各车轮的转矩进行独立控制，并对车辆行驶路面、车速进行自动识别，实现了滑动、横摆的同步监测控制，从而将驱动/制动力矩T₁、T₂、T₃、T₄，控制车轮滑动率的调节转矩ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄，以及横摆力矩调整值ΔT_ys1、ΔT_ys2、ΔT_ys3、ΔT_ys4经分配规则分配到四个车轮上，从而实现车辆的稳定性控制，且横摆稳定性控制具有自适应和鲁棒性强的优势，能够提高四轮毂电机驱动车辆的横摆稳定性。因此，本发明不仅能够提高四轮毂电机驱动车辆的横摆稳定性，而且稳定性较强、自动化程度较高。

附图说明

图1是本发明的操作流程图。

图2是本发明中驱动/制动踏板的开度和模拟输出量之间进行线性化处理的示意图。

图3是本发明中车辆行驶路面、车速自动识别，以及滑动监测控制的流程示意图。

图4是本发明中路面利用附着系数的运算示意图。

图5是本发明中的μ-s图，图中所示为滑动率与高、中、小、低四种附着系数之间的对应关系。

图6是本发明中横摆力矩控制器的运行示意图。

图7是本发明中横摆角速度隶属度函数示意图。

图8是本发明中横摆角速度变化率隶属函数示意图。

图9是本发明中Δk_P、Δk_I、Δk_D隶属度函数示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1―图9，四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法；所述集成控制方法包括以下步骤：

步骤一：获取四个车轮的驱动/制动力矩T₁、T₂、T₃、T₄；

步骤二：获取四个车轮的控制车轮滑动率的调节转矩ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄；

步骤三：获取四个车轮的横摆力矩调整值ΔT_ys1、ΔT_ys2、ΔT_ys3、ΔT_ys4；

步骤四：将步骤一、步骤二、步骤三中得到的驱动/制动力矩、调节转矩、横摆力矩调整值分配到四个车轮上，以实现车辆的稳定性控制，分配规则如下所示：

其中，T_m1、T_m2、T_m3、T_m4分别为四个车轮所分配到的控制力矩，而标号1、2、3、4分别指左前车轮、右前车轮、左后车轮、右后车轮。

步骤一中，所述获取四个车轮的驱动/制动力矩T₁、T₂、T₃、T₄是指：

由驾驶员控制车辆的转向盘和驱动/制动踏板开度，以得到车辆的转向盘转角δ以及驱动/制动力矩T₁、T₂、T₃、T₄，其中，T₁、T₂、T₃、T₄为根据驱动/制动踏板开度得到的车轮力矩，当车轮处于驱动状况下T₁、T₂、T₃、T₄为电机驱动力矩，当车轮处于制动状况下T₁、T₂、T₃、T₄为电机制动力与机械制动力之和。

所述T₁、T₂、T₃、T₄为根据驱动/制动踏板开度得到的车轮力矩是指：以所述车轮力矩为驱动/制动踏板模拟量输出，则：

所述踏板开度包括驱动踏板开度与制动踏板开度，踏板开度、制动踏板开度分别为：

驱动踏板开度：制动踏板开度：

其中，x_AP、x_BP为驱动、制动踏板传感器模拟量，AP_min、AP_max为驱动踏板最小、最大输出值，BP_min、BP_max为制动踏板最小、最大输出值。

步骤二中，所述获取四个车轮的控制车轮滑动率的调节转矩ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄是指：

先将路面的附着系数分为高、中、小、低附着系数四种，再根据各车轮的角速度、转矩信息以对路面的当前附着系数进行计算，然后根据计算所得的当前附着系数与前述高、中、小、低附着系数进行匹配以得到当前路面的最优滑动率，再由滑动率控制器根据各车轮的最优滑动率与实际滑动率之间的差值进行计算以得到控制车轮滑动率的调节转矩ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄，其中，各车轮的实际滑动率根据车轮的车速、转速信号进行计算所得。

所述高、中、小、低附着系数路面的最优滑动率分别为0.25、0.2、0.15、0.1。

步骤三中，所述获取四个车轮的横摆力矩调整值ΔT_ysl、ΔT_ys2、ΔT_ys3、ΔT_ys4是指：

先由车速计算模块根据四个车轮的转速对车辆在正常直线行驶、正常转向行驶、车轮滑动行驶这三种状况下的车速进行计算，再以计算所得的车速与驾驶员的转向盘转角作为车辆理想自由度模型的输入，从而得到车辆的理想质心侧偏角和理想横摆角速度，然后用理想质心侧偏角对理想横摆角速度进行约束限制，以得到车辆当前运行工况下的目标横摆角速度，再以目标横摆角速度和实际横摆角速度之间的差值及其变化率作为横摆力矩控制器的输入，以三个参数调整量Δk_P、Δk_I、Δk_D作为输出，通过横摆力矩控制器得到四个车轮的横摆力矩调整值ΔT_ysl、ΔT_ys2、ΔT_ys3、ΔT_ys4。

所述由车速计算模块根据四个车轮的转速对车辆在正常直线行驶、正常转向行驶、车轮滑动行驶这三种状况下的车速进行计算是指下述三种计算方法中的任意一种或任意两种或任意三种：

当正常直线行驶时：式中为整车控制器根据目标车速发送给电机控制器的转速指令，为电机实际转速，可由电机旋变传感器采集，为由控制精度产生的误差转速，i＝1、2、3、4，指代左前、右前、左后、右后车轮；若四个电机转速满足：

则判定车辆正常直线行驶，此时车速计算式为：其中，i为电机与车轮之间的减速比，r为车轮滚动半径；

当正常转向行驶时：两个转向前轮的转速满足：其中，B为车身宽度，Δt为车轮转一圈所需要的时间，故R为车辆转向半径，车轮转向过程中的转速关系为：

其中，式中l为前后轴距离，若满足则认为车辆处于转向过程，此时的质心车速可通过求出；

当车轮滑动行驶时：当车轮既不是在直行，也不是在转向过程中，可通过四个车轮转速进行对比，当四个车轮中至少有一个车轮不滑动时，不滑动的车轮转速会远低于滑动的车轮，此时的质心车速通过转速最低的车轮求出；若四个车轮都处于滑动时，设定在高附着系数路面上质心车速换算的转速为中附着系数路面上质心车速换算的转速为小附着系数路面上质心车速换算的转速为低附着系数路面上质心车速换算的转速为

所述目标横摆角速度、目标横摆角速度变化率、Δk_P、Δk_I、Δk_D各分为七个等级，其中，目标横摆角速度的变化论域设定为[-9，9]，目标横摆角速度变化率的变化论域设定为[-3，3]，Δk_P、Δk_I、Δk_D隶属度函数范围为[-10，10]。

在使用横摆力矩控制器时，将目标横摆角速度、目标横摆角速度变化率的量化因子分别设定为3、10，将Δk_P、Δk_I、Δk_D的量化因子都设定为1。

制定Δk_P、Δk_I、Δk_D这三个参数调整量的调节规则，应用时，任选其中任意一个或任意两个或任意三个；

所述Δk_P的调节规则为：当目标横摆角速度为负值较大时说明目标值与实际值相差较大，k_P的调节速度需要加快，因此需要增大k_P的值，故需要增大Δk_P调节值；当目标横摆角速度为正值较大时说明目标值小于实际值，且相差较大，k_P的调节速度过快。因此需要减小k_P的值，故需要减小Δk_P调节值；当目标横摆角速度为正，目标横摆角速度变化率正负较大时，说明当前车辆的实际横摆角速度还没有达到目标横摆角速度，稳定性需要加强，因此需要增大k_P值，实现实际横摆角速度快速逼近目标值横摆角速度；当目标横摆角速度为负，目标横摆角速度变化率正负较大时，说明目标值低于实际值，稳定性需要加强，此时应该减小k_P的调节作用，因此需要减小Δk_P调节值；

所述Δk_I的调节规则为：当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值正负较大时，说明由差值本身就可以引起控制系统的调节作用，因此不需要积分项的调节作用，所以应该减小Δk_I；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为负时，当差值的变化率值较小时需要增大k_I的调节作用，故增大Δk_I的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为正时，当差值的变化率值较小时需要减小k_I的调节作用，从而减小控制系统的调节量，故减小Δk_I的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为零时，需要增大k_I的调节作用，可以避免稳态误差的出现；

所述Δk_D的调节规则为：当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为负较大时，说明目标值小于实际值，为避免横摆失稳，需要增强系统的预测调节强度，故增加k_D的值，所以Δk_D的值增大；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为正较大时，说明目标值大于实际值，车辆稳定性相对较好，为避免微分项的引入造成系统振荡，需要减小系统的调节强度，故减小k_D的值，所以Δk_D的值减小；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为负时，若差值变化率值较大就需要增强微分项的调节强度，需要增加k_D的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为正时，若差值变化率值较大就需要减小微分项的调节强度，需要减小k_D的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值及变化率都接近为0时，微分项的调节作用可以很小或为0，因此Δk_D的值取为0。

本发明的原理说明如下：

轮毂电机驱动车辆与传统汽车在能量来源、动力输出、整车控制等部分都有较大的差异，传统汽车的稳定性控制方案并不能完全适应其控制需求，该车型的整车稳定性控制方法亟待开发和完善。本发明利用该车型转矩独立可控，转速可实时采集的特点，提供一种四轮毂电机驱动车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，具有各车轮转矩独立控制，车辆行驶路面、车速自动识别，滑动、横摆同步监测控制的特点，从而提高车辆的横摆稳定性。

(一)、路面的附着系数说明及μ-s图的应用：

参见图5，路面识别及滑动率计算模块根据各车轮的转速和转矩信号，对路面的附着系数进行估算，将μ-s图(图5)分为高、中、小、低附着系数路面，根据计算附着系数和分区模块匹配结果从而得到当前路面的最优滑动率；利用车速及转速信号计算车轮的滑动率；滑动率控制器根据各车轮的最优滑动率与实际滑动率之间的差值进行计算得到控制车轮滑动率的调节转矩ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄。

利用车轮的角速度和转矩信息估算车轮的利用附着系数：对车轮进行动力学分析可以得到：故得到下式：

W为车轮角速度，I_W为车轮转动惯量，将车轮的力矩T_mi作为输入，含有纵向力F_xi的项视为系统的外部未知扰动，并将其作为系统新的扩张状态变量x₂，新系统为：

f(*)称为不确定函数，由(2)式可以把(1)式变换成新的二阶非线性系统，并得到它的状态空间：利用二阶非线性扩张状态观测器可以计算系统的观测状态变量x₁、x₂：其中，β₀₁、β₀₂称为观测系数，σ表示f(*)线性段长度，0＜α₂＜α₁＜1。f(*)的表达式为：x₁的观测值为：车轮纵向力估计值为：故可得到路面利用附着系数表达式为：

静载：动载：

垂直载荷：

N_i表示车轮垂向载荷，m为车辆质量，g为重力加速常数，a、b分别为质心至前后轴长度，h_g为质心高度，L为车身宽度，a_x表示纵向加速度，为车速的导数。

(二)、关于Δk_P、Δk_I、Δk_D调节规则的说明：

k_P为目标横摆角速度与实际横摆角速度差值的线性放大倍数，其越大则系统的调节反应的速度越快，灵敏度就越高，因此系统从非稳态区到稳态区的时间就越少，但是k_P值过大可能会产生控制系统的振荡和稳态误差等问题；k_P的作用即为使实际值快速地逼近目标值，当目标横摆角速度为负值较大时说明目标值与实际值相差较大，k_P的调节速度需要加快，因此需要增大k_P的值，故需要增大Δk_P调节值；当目标横摆角速度为正值较大时说明目标值小于实际值，且相差较大，k_P的调节速度过快。因此需要减小k_P的值，故需要减小Δk_P调节值；当目标横摆角速度为正，目标横摆角速度变化率正负较大时，说明当前车辆的实际横摆角速度还没有达到目标横摆角速度，稳定性需要加强，因此需要增大k_P值，实现实际横摆角速度快速逼近目标值横摆角速度；当目标横摆角速度为负，目标横摆角速度变化率正负较大时，说明目标值低于实际值，稳定性需要加强，此时应该减小k_P的调节作用，因此需要减小Δk_P调节值。具体内容如表1所示：

表1Δk_P模糊取值变化规则

k_I的作用是将目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值在时间上进行累加，消除系统的稳态误差。随着时间的增长积分项的值就逐步变大，可以将系统的输出变大从而使稳态误差再次变小，降低振荡，系统的无差度被提高。k_I的时间常数值越小，k_I的值就越大，系统“滞后”能力也越大，导致其调节能力越强。当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值正负较大时，说明由差值本身就可以引起控制系统的调节作用，因此不需要积分项的调节作用，所以应该减小Δk_I；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为负时，当差值的变化率值较小时需要增大k_I的调节作用，故增大Δk_I的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为正时，当差值的变化率值较小时需要减小k_I的调节作用，从而减小控制系统的调节量，故减小Δk_I的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为零时，需要增大k_I的调节作用，可以避免稳态误差的出现。具体内容如表2所示：

表2Δk，模糊取值变化规则

k_D的作用就是使目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值与输出变量构成比例关系，将差值的影响效果“超前”，预测差值变化的趋向，提前抑制差值的控制作用为零或者为负。在差值信号变得过大之前加入“早期”的修正信号，避免被控量的超调，改善控制器的动态特性，减少调节的时间。当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为负较大时，说明目标值小于实际值，为避免横摆失稳，需要增强系统的预测调节强度，故增加k_D的值，所以Δk_D的值增大；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为正较大时，说明目标值大于实际值，车辆稳定性相对较好，为避免微分项的引入造成系统振荡，需要减小系统的调节强度，故减小k_D的值，所以Δk_D的值减小；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为负时，若差值变化率值较大就需要增强微分项的调节强度，需要增加k_D的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为正时，若差值变化率值较大就需要减小微分项的调节强度，需要减小k_D的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值及变化率都接近为0时，微分项的调节作用可以很小或为0，因此Δk_D的值取为0。具体内容如表3所示：

表3 Δk_D模糊取值变化规则

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，其特征在于：所述集成控制方法包括以下步骤：

步骤一：获取四个车轮的驱动/制动力矩T₁、T₂、T₃、T₄；

步骤二：获取四个车轮的控制车轮滑动率的调节转矩ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄；

步骤三：获取四个车轮的横摆力矩调整值ΔT_ys1、ΔT_ys2、ΔT_ys3、ΔT_ys4；

步骤四：将步骤一、步骤二、步骤三中得到的驱动/制动力矩、调节转矩、横摆力矩调整值分配到四个车轮上，以实现车辆的稳定性控制，分配规则如下所示：

其中，T_m1、T_m2、T_m3、T_m4分别为四个车轮所分配到的控制力矩，而标号1、2、3、4分别指左前车轮、右前车轮、左后车轮、右后车轮。

2.根据权利要求1所述的四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，其特征在于：步骤一中，所述获取四个车轮的驱动/制动力矩T₁、T₂、T₃、T₄是指：

由驾驶员控制车辆的转向盘和驱动/制动踏板开度，以得到车辆的转向盘转角δ以及驱动/制动力矩T₁、T₂、T₃、T₄，其中，T₁、T₂、T₃、T₄为根据驱动/制动踏板开度得到的车轮力矩，当车轮处于驱动状况下T₁、T₂、T₃、T₄为电机驱动力矩，当车轮处于制动状况下T₁、T₂、T₃、T₄为电机制动力与机械制动力之和。

3.根据权利要求2所述的四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，其特征在于：所述T₁、T₂、T₃、T₄为根据驱动/制动踏板开度得到的车轮力矩是指：以所述车轮力矩为驱动/制动踏板模拟量输出，则：

所述踏板开度包括驱动踏板开度与制动踏板开度，踏板开度、制动踏板开度分别为：

驱动踏板开度：制动踏板开度：

其中，x_AP、x_BP为驱动、制动踏板传感器模拟量，AP_min、AP_max为驱动踏板最小、最大输出值，BP_min、BP_max为制动踏板最小、最大输出值。

4.根据权利要求1所述的四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，其特征在于：步骤二中，所述获取四个车轮的控制车轮滑动率的调节转矩ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄是指：

先将路面的附着系数分为高、中、小、低附着系数四种，再根据各车轮的角速度、转矩信息以对路面的当前附着系数进行计算，然后根据计算所得的当前附着系数与前述高、中、小、低附着系数进行匹配以得到当前路面的最优滑动率，再由滑动率控制器根据各车轮的最优滑动率与实际滑动率之间的差值进行计算以得到控制车轮滑动率的调节转矩ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄，其中，各车轮的实际滑动率根据车轮的车速、转速信号进行计算所得。

5.根据权利要求4所述的四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，其特征在于：所述高、中、小、低附着系数路面的最优滑动率分别为0.25、0.2、0.15、0.1。

6.根据权利要求1所述的四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，其特征在于：步骤三中，所述获取四个车轮的横摆力矩调整值ΔT_ys1、ΔT_ys2、ΔT_ys3、ΔT_ys4是指：

先由车速计算模块根据四个车轮的转速对车辆在正常直线行驶、正常转向行驶、车轮滑动行驶这三种状况下的车速进行计算，再以计算所得的车速与驾驶员的转向盘转角作为车辆理想自由度模型的输入，从而得到车辆的理想质心侧偏角和理想横摆角速度，然后用理想质心侧偏角对理想横摆角速度进行约束限制，以得到车辆当前运行工况下的目标横摆角速度，再以目标横摆角速度和实际横摆角速度之间的差值及其变化率作为横摆力矩控制器的输入，以三个参数调整量Δk_P、Δk_I、Δk_D作为输出，通过横摆力矩控制器得到四个车轮的横摆力矩调整值ΔT_ys1、ΔT_ys2、ΔT_ys3、ΔT_ys4。

7.根据权利要求6所述的四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，其特征在于：所述由车速计算模块根据四个车轮的转速对车辆在正常直线行驶、正常转向行驶、车轮滑动行驶这三种状况下的车速进行计算是指下述三种计算方法中的任意一种或任意两种或任意三种：

当正常直线行驶时：式中为整车控制器根据目标车速发送给电机控制器的转速指令，为电机实际转速，可由电机旋变传感器采集，为由控制精度产生的误差转速，i＝1、2、3、4，指代左前、右前、左后、右后车轮；若四个电机转速满足：

则判定车辆正常直线行驶，此时车速计算式为：其中，i为电机与车轮之间的减速比，r为车轮滚动半径；

当正常转向行驶时：两个转向前轮的转速满足：其中，B为车身宽度，Δt为车轮转一圈所需要的时间，故R为车辆转向半径，车轮转向过程中的转速关系为：

其中，式中l为前后轴距离，若满足则认为车辆处于转向过程，此时的质心车速可通过求出；

当车轮滑动行驶时：当车轮既不是在直行，也不是在转向过程中，可通过四个车轮转速进行对比，当四个车轮中至少有一个车轮不滑动时，不滑动的车轮转速会远低于滑动的车轮，此时的质心车速通过转速最低的车轮求出；若四个车轮都处于滑动时，设定在高附着系数路面上质心车速换算的转速为中附着系数路面上质心车速换算的转速为小附着系数路面上质心车速换算的转速为低附着系数路面上质心车速换算的转速为

8.根据权利要求6所述的四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，其特征在于：所述目标横摆角速度、目标横摆角速度变化率、Δk_P、Δk_I、Δk_D各分为七个等级，其中，目标横摆角速度的变化论域设定为[-9，9]，目标横摆角速度变化率的变化论域设定为[-3，3]，Δk_P、Δk_I、Δk_D隶属度函数范围为[-10，10]。

9.根据权利要求6所述的四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，其特征在于：

在使用横摆力矩控制器时，将目标横摆角速度、目标横摆角速度变化率的量化因子分别设定为3、10，将Δk_P、Δk_I、Δk_D的量化因子都设定为1。

10.根据权利要求6所述的四轮毂电驱车辆行驶路面自动识别与稳定性集成控制方法，其特征在于：制定Δk_P、Δk_I、Δk_D这三个参数调整量的调节规则，应用时，任选其中任意一个或任意两个或任意三个；

所述Δk_P的调节规则为：当目标横摆角速度为负值较大时说明目标值与实际值相差较大，k_P的调节速度需要加快，因此需要增大k_P的值，故需要增大Δk_P调节值；当目标横摆角速度为正值较大时说明目标值小于实际值，且相差较大，k_P的调节速度过快。因此需要减小k_P的值，故需要减小Δk_P调节值；当目标横摆角速度为正，目标横摆角速度变化率正负较大时，说明当前车辆的实际横摆角速度还没有达到目标横摆角速度，稳定性需要加强，因此需要增大k_P值，实现实际横摆角速度快速逼近目标值横摆角速度；当目标横摆角速度为负，目标横摆角速度变化率正负较大时，说明目标值低于实际值，稳定性需要加强，此时应该减小k_P的调节作用，因此需要减小Δk_P调节值；

所述Δk_I的调节规则为：当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值正负较大时，说明由差值本身就可以引起控制系统的调节作用，因此不需要积分项的调节作用，所以应该减小Δk_I；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为负时，当差值的变化率值较小时需要增大k_I的调节作用，故增大Δk_I的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为正时，当差值的变化率值较小时需要减小k_I的调节作用，从而减小控制系统的调节量，故减小Δk_I的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为零时，需要增大k_I的调节作用，可以避免稳态误差的出现；

所述Δk_D的调节规则为：当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为负较大时，说明目标值小于实际值，为避免横摆失稳，需要增强系统的预测调节强度，故增加k_D的值，所以Δk_D的值增大；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为正较大时，说明目标值大于实际值，车辆稳定性相对较好，为避免微分项的引入造成系统振荡，需要减小系统的调节强度，故减小k_D的值，所以Δk_D的值减小；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为负时，若差值变化率值较大就需要增强微分项的调节强度，需要增加k_D的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值为正时，若差值变化率值较大就需要减小微分项的调节强度，需要减小k_D的值；当目标横摆角速度与实际横摆角速度的差值及变化率都接近为0时，微分项的调节作用可以很小或为0，因此Δk_D的值取为0。