CN110239621B - 一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法及系统。该方法包括：获取车辆所在路面的路面附着系数和车辆在当前时刻的状态数据；依据路面附着系数确定车辆所在路面对应的质心偏侧角‑质心偏侧角速度相平面图；确定相平面图的最大稳定区域和最小稳定区域；确定车辆在当前状态下的相轨迹点在相平面图中的位置；依据位置确定质心偏侧角权重系数；计算车辆的期望横摆角速度和期望质心侧偏角；建立滑模面切换函数；依据状态数据、质心偏侧角权重系数、期望横摆角加速度、期望质心侧偏角速度和滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩；依据期望附加横摆力矩控制车辆在当前时刻的转向。本发明能准确判断车辆的稳定程度，实现电动汽车的稳态转向。

Description

一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆安全控制技术领域，特别是涉及一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法及系统。

背景技术

分布式驱动电动汽车具有四个独立可控的驱动单元，由于这种冗余执行结构的配置，可以通过对其四个车轮输出扭矩的分配控制实现驱动，由于车辆两侧的输出力矩不同产生一个直接横摆力矩，使车辆在满足纵向驱动目标的同时，改善车辆的转向特性，提高车辆的操纵稳定性。分布式驱动电动汽车将驱动系统与制动系统融为一体，动力传递路线上取消了离合器、变速器、传动轴、差速器和半轴等传动部件，与集中式驱动方式相比具有传动链短、传动效率高、布置灵活的优点，分布式驱动电动汽车逐步成为电动汽车研究和设计领域的热点。

分布式驱动电动汽车横摆稳定性的表征因素有横摆角速度质心侧偏角等。当质心侧偏角较小时，车辆的稳定性主要取决于横摆角速度的大小，通过横摆角速度的大小可以判断车辆处于不足转向、过度转向或者中性转向状态。但是当质心侧偏角很大的时候，仅通过横摆角速度已经无法判断车辆的稳定性。

目前，对于直接横摆力矩的控制，现有技术中多是以车辆横摆角速度为控制目标，或者以横摆角速度和质心侧偏角为联合控制目标。其中，通过基于横摆角速度和质心侧偏角的联合控制来得到直接横摆力矩的方法，通常质心侧偏角权重系数的确定取决于质心侧偏角的大小与其门限值的比例，但是仅通过质心侧偏角的大小来确定车辆的行驶状态以及失稳程度准确性并不高。

发明内容

基于此，有必要提供一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法及系统，以准确判断车辆的稳定程度，实现电动汽车的稳态转向。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法，包括：

获取车辆所在路面的路面附着系数和车辆在当前时刻的状态数据；所述状态数据包括各轮侧向力、质心到前轴的距离、质心到后轴的距离、车辆轮距、车辆轴距、前轮转角、横摆角速度、质心侧偏角、车辆转动惯量、整车质量、车辆纵向车速和各轮轮胎侧偏刚度；

依据所述路面附着系数确定车辆所在路面对应的质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图；

采用双线法确定所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图的最大稳定区域和最小稳定区域；所述最大稳定区域的边界为最大边界；所述最小稳定区域的边界为最小边界；

确定所述车辆在当前状态下的相轨迹点在所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中的位置；

依据所述位置确定质心侧偏角权重系数；

依据所述路面附着系数和所述状态数据计算车辆的期望横摆角速度和期望质心侧偏角；

依据所述横摆角速度、所述质心侧偏角、所述期望横摆角速度、所述期望质心侧偏角和所述质心侧偏角权重系数，建立滑模面切换函数；

依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、期望横摆角加速度、期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩；

依据所述期望附加横摆力矩控制所述车辆在当前时刻的转向，以实现对所述车辆稳定性的调节。

可选的，所述依据所述位置确定质心侧偏角权重系数，具体包括：

当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域内时，则将质心侧偏角权重系数确定为0；

当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域外且位于所述最大稳定区域内时，则将第一距离与第二距离的比值确定为质心侧偏角权重系数；所述第一距离为所述相轨迹点到所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中心的距离；所述第二距离为所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中心到所述最大边界的距离；

当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最大稳定区域外时，则将质心侧偏角权重系数确定为1。

可选的，所述依据所述路面附着系数和所述状态数据计算车辆的期望横摆角速度和期望质心侧偏角，具体包括：

计算车辆的期望横摆角速度ω_rd＝min(ω_r_d,ω_rmax)，

其中，

ω_r_d表示修正前的期望横摆角速度，ω_rmax表示横摆角速度的最大值，V_x表示车辆纵向车速，L表示车辆轴距，m表示整车质量，a表示车辆质心到前轴的距离，b表示质心到后轴的距离，k₁表示前轮的轮胎侧偏刚度，k₂表示后轮的轮胎侧偏刚度，δ表示前轮转角，μ表示路面附着系数，g表示重力加速度；

计算车辆的期望质心侧偏角β_d＝min(β_d,β_max)，

其中，

β_max＝tan^-1(0.02μg)。

可选的，所述依据所述横摆角速度、所述质心侧偏角、所述期望横摆角速度、所述期望质心侧偏角和所述质心侧偏角权重系数，建立滑模面切换函数，具体为：

S＝ω_rd-ω_r+k_beta(β_d-β)；

其中，S表示滑模面切换函数，ω_rd表示期望横摆角速度，ω_r表示横摆角速度，β_d表示期望质心侧偏角，β表示质心侧偏角，k_beta表示质心侧偏角权重系数。

可选的，所述依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、期望横摆角加速度、期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩，具体包括：

对所述期望横摆角速度求导，得到期望横摆角加速度；

对所述期望质心侧偏角求导，得到期望质心侧偏角速度；

依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、所述期望横摆角加速度、所述期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩

其中，F_l1y表示左前轮的侧向力，F_r1y表示右前轮的侧向力，F_l2y表示左后轮的侧向力，F_r2y表示右后轮的侧向力，B表示车辆轮距，I_z表示车辆绕z轴的转动惯量，

表示期望横摆角加速度，

表示期望质心侧偏角速度，ε为正常数，表示趋近律系数，

H为正常数，表示滑模面的边界层厚度，

本发明还提供了一种分布式电动汽车横摆稳定性控制系统，包括：

数据获取模块，用于获取车辆所在路面的路面附着系数和车辆在当前时刻的状态数据；所述状态数据包括各轮侧向力、质心到前轴的距离、质心到后轴的距离、车辆轮距、车辆轴距、前轮转角、横摆角速度、质心侧偏角、车辆转动惯量、整车质量、车辆纵向车速和各轮轮胎侧偏刚度；

相平面确定模块，用于依据所述路面附着系数确定车辆所在路面对应的质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图；

稳定区域确定模块，用于采用双线法确定所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图的最大稳定区域和最小稳定区域；所述最大稳定区域的边界为最大边界；所述最小稳定区域的边界为最小边界；

相点位置确定模块，用于确定所述车辆在当前状态下的相轨迹点在所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中的位置；

权重确定模块，用于依据所述位置确定质心侧偏角权重系数；

第一计算模块，用于依据所述路面附着系数和所述状态数据计算车辆的期望横摆角速度和期望质心侧偏角；

切换函数建立模块，用于依据所述横摆角速度、所述质心侧偏角、所述期望横摆角速度、所述期望质心侧偏角和所述质心侧偏角权重系数，建立滑模面切换函数；

第二计算模块，用于依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、期望横摆角加速度、期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩；

转向控制模块，用于依据所述期望附加横摆力矩控制所述车辆在当前时刻的转向，以实现对所述车辆稳定性的调节。

可选的，所述权重确定模块，具体包括：

第一权重确定单元，用于当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域内时，则将质心侧偏角权重系数确定为0；

第二权重确定单元，用于当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域外且位于所述最大稳定区域内时，则将第一距离与第二距离的比值确定为质心侧偏角权重系数；所述第一距离为所述相轨迹点到所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中心的距离；所述第二距离为所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中心到所述最大边界的距离；

第三权重确定单元，用于当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最大稳定区域外时，则将质心侧偏角权重系数确定为1。

可选的，所述第一计算模块，具体包括：

第一计算单元，用于计算车辆的期望横摆角速度ω_rd＝min(ω_r_d,ω_rmax)，

其中，

ω_r_d表示修正前的期望横摆角速度，ω_rmax表示横摆角速度的最大值，V_x表示车辆纵向车速，L表示车辆轴距，m表示整车质量，a表示车辆质心到前轴的距离，b表示质心到后轴的距离，k₁表示前轮的轮胎侧偏刚度，k₂表示后轮的轮胎侧偏刚度，δ表示前轮转角，μ表示路面附着系数，g表示重力加速度；

第二计算单元，用于计算车辆的期望质心侧偏角β_d＝min(β_d,β_max)，

其中，

β_max＝tan^-1(0.02μg)。

可选的，所述切换函数建立模块，具体为：

S＝ω_rd-ω_r+k_beta(β_d-β)；

其中，S表示滑模面切换函数，ω_rd表示期望横摆角速度，ω_r表示横摆角速度，β_d表示期望质心侧偏角，β表示质心侧偏角，k_beta表示质心侧偏角权重系数。

可选的，所述第二计算模块，具体包括：

第一求导单元，用于对所述期望横摆角速度求导，得到期望横摆角加速度；

第二求导单元，用于对所述期望质心侧偏角求导，得到期望质心侧偏角速度；

横摆力矩计算单元，用于依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、所述期望横摆角加速度、所述期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩

其中，F_l1y表示左前轮的侧向力，F_r1y表示右前轮的侧向力，F_l2y表示左后轮的侧向力，F_r2y表示右后轮的侧向力，B表示车辆轮距，I_z表示车辆绕z轴的转动惯量，

表示期望横摆角加速度，

表示期望质心侧偏角速度，ε为正常数，表示趋近律系数，

H为正常数，表示滑模面的边界层厚度，

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法及系统。该方法包括：获取车辆所在路面的路面附着系数和车辆在当前时刻的状态数据；依据路面附着系数确定车辆所在路面对应的质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图；确定相平面图的最大稳定区域和最小稳定区域；确定车辆在当前状态下的相轨迹点在相平面图中的位置；依据位置确定质心侧偏角权重系数；计算车辆的期望横摆角速度和期望质心侧偏角；建立滑模面切换函数；依据状态数据、质心侧偏角权重系数、期望横摆角加速度、期望质心侧偏角速度和滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩；依据期望附加横摆力矩控制车辆在当前时刻的转向。采用本发明的方法或系统，能准确判断车辆的稳定程度，实现电动汽车的稳态转向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法的流程图；

图2为本发明实施例二自由度车辆模型的结构示意图；

图3为本发明实施例质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面及相平面稳定边界示意图；

图4为本发明实施例设定工况下相平面最小稳定区域以及最小边界示意图；

图5为本发明实施例设定工况下相平面最大稳定区域以及最大边界示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法的流程图。

参见图1，实施例的分布式电动汽车横摆稳定性控制方法，包括：

步骤S1：获取车辆所在路面的路面附着系数和车辆在当前时刻的状态数据；所述状态数据包括各轮侧向力、质心到前轴的距离、质心到后轴的距离、车辆轮距、车辆轴距、前轮转角、横摆角速度、质心侧偏角、车辆转动惯量、整车质量、车辆纵向车速和各轮轮胎侧偏刚度。

步骤S2：依据所述路面附着系数确定车辆所在路面对应的质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图。

步骤S3：采用双线法确定所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图的最大稳定区域和最小稳定区域。

所述最大稳定区域的边界为最大边界；所述最小稳定区域的边界为最小边界。

步骤S4：确定所述车辆在当前状态下的相轨迹点在所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中的位置。

步骤S5：依据所述位置确定质心侧偏角权重系数。

所述步骤S5，具体包括：

当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域内时，则将质心侧偏角权重系数确定为0，此时车辆处于稳定状态。

当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域外且位于所述最大稳定区域内时，则将第一距离与第二距离的比值确定为质心侧偏角权重系数，此时，车辆处于失稳状态；所述第一距离为所述相轨迹点到所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中心的距离；所述第二距离为所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中心到所述最大边界的距离。

当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最大稳定区域外时，则将质心侧偏角权重系数确定为1。

步骤S6：依据所述路面附着系数和所述状态数据计算车辆的期望横摆角速度和期望质心侧偏角。

所述步骤S6，具体包括：

1)计算车辆的期望横摆角速度ω_rd＝min(ω_r_d,ω_rmax)，

其中，

ω_r_d表示修正前的期望横摆角速度，ω_rmax表示横摆角速度的最大值，V_x表示车辆纵向车速，L表示车辆轴距，m表示整车质量，a表示车辆质心到前轴的距离，b表示质心到后轴的距离，k₁表示前轮的轮胎侧偏刚度，k₂表示后轮的轮胎侧偏刚度，δ表示前轮转角，μ表示路面附着系数，g表示重力加速度。

2)计算车辆的期望质心侧偏角β_d＝min(β_d,β_max)，

其中，

β_max＝tan^-1(0.02μg)。

步骤S6中车辆的期望横摆角速度和车辆的期望质心侧偏角的具体推导过程为：

图2为本发明实施例二自由度车辆模型的结构示意图。选取二自由度车辆模型为参考模型，可以得到控制所需的期望横摆角速度和期望质心侧偏角。图2中，a为车辆质心到前轴距离，b为质心到后轴距离，L为车辆轴距，δ为前轮转角，β为质心侧偏角，ω_r为横摆角速度，α_f为前轮侧偏角，α_r为后轮侧偏角，F_yf为前轮侧向力，F_yr为后轮侧向力。

二自由度车辆模型状态方程：

式中，m表示整车质量，V_x表示纵向车速，I_z表示车辆绕z轴的转动惯量，k₁、k₂分别表示前轮和后轮的轮胎侧偏刚度。

车辆在稳态(即等速圆周运动工况)下，

带入上式可得：

对上式进行求解，得到修正前的期望横摆角速度ω_r_d和修正前的期望质心侧偏角β_d。

由于路面最大附着力的限制，a_y≤μg；质心侧偏角较小时，侧向加速度近似为：a_y≈ω_r·V_x，综合分析后，取

所以修正后的车辆的期望横摆角速度为：ω_rd＝min(ω_r_d,ω_rmax)。

而车辆最大质心侧偏角一般选为：β_max＝tan^-1(0.02μg)，所以修正后的车辆的期望质心侧偏角为：β_d＝min(β_d,β_max)。

步骤S7：依据所述横摆角速度、所述质心侧偏角、所述期望横摆角速度、所述期望质心侧偏角和所述质心侧偏角权重系数，建立滑模面切换函数。

所述滑模面切换函数S＝ω_rd-ω_r+k_beta(β_d-β)；其中，S表示滑模面切换函数，ω_rd表示期望横摆角速度，ω_r表示横摆角速度，β_d表示期望质心侧偏角，β表示质心侧偏角，k_beta表示质心侧偏角权重系数，k_beta是一个可变量，其大小随质心侧偏角-质心侧偏角速度相轨迹而变化。

为了便于下个步骤的计算，对该步骤进行详细说明。

首先，结合车辆侧向运动及横摆运动微分方程，得到：

式中，

表示横摆角加速度，

表示质心侧偏角速度，F_l1y表示左前轮的侧向力，F_r1y表示右前轮的侧向力，F_l2y表示左后轮的侧向力，F_r2y表示右后轮的侧向力，B表示车辆轮距，I_z表示车辆绕z轴的转动惯量，ΔM表示期望附加横摆力矩。

然后，以横摆角速度和质心侧偏角为联合控制目标来建立滑模面切换函数：S＝ω_rd-ω_r+k_beta(β_d-β)。

再对滑模面切换函数S求微分可得：

选取等速趋近律：

ε＞0，式中，ε为趋近律系数，是一个正常数。

考虑到符号函数sgn(S)的不连续性，为了减小滑模控制过程中系统的抖振现象，设计用饱和函数sat(S)代替符号函数。其中，

H为正常数，表示滑模面的边界层厚度。

最后，根据

和

公式的和趋近律，可以得到：

步骤S8：依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、期望横摆角加速度、期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩。

所述步骤S8，具体包括：

对所述期望横摆角速度求导，得到期望横摆角加速度；

对所述期望质心侧偏角求导，得到期望质心侧偏角速度；

依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、所述期望横摆角加速度、所述期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩

其中，

表示期望横摆角加速度，

表示期望质心侧偏角速度。

该步骤，通过对步骤S7中的公式

进行整理，即可得以横摆角速度和质心侧偏角为联合控制目标的基于滑模控制的期望附加横摆力矩ΔM。

步骤S9：依据所述期望附加横摆力矩控制所述车辆在当前时刻的转向，以实现对所述车辆稳定性的调节。

下面对步骤S2-步骤S5，进行详细说明。

图3为本发明实施例质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面及相平面稳定边界示意图。根据车辆在相平面中的行驶相轨迹可以判定车辆的稳定性，以及失稳程度。

用双线法确定质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面的稳定性边界，判定条件可以用下式来表示：

|β+B₁dβ|≤B₂

其中，β表示表示质心侧偏角，dβ质心侧偏角速度，B₁、B₂均为正常数，B₂为相平面鞍点横坐标的绝对值，B₁的倒数是稳定边界斜率的绝对值。

质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面稳定边界受路面附着系数、车速、前轮转角等的影响。由于对应每个设定好的工况，路面附着系数已经确定，所以在设定工况下相平面稳定边界受到车速和前轮转角的影响。在路面附着系数确定，车速和前轮转角变化时相平面稳定区域大小会发生变化，但是稳定边界斜率基本不变，图4为本发明实施例设定工况下相平面最小稳定区域以及最小边界示意图，图5为本发明实施例设定工况下相平面最大稳定区域以及最大边界示意图。

接下来确定质心侧偏角权重系数。当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域内时，则质心侧偏角权重系数k_beta＝0；当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域外且位于所述最大稳定区域内时，质心侧偏角权重系数

此时，k₀≤k_beta≤1，

当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最大稳定区域外时，则质心侧偏角权重系数k_beta＝1。

本实施例的分布式电动汽车横摆稳定性控制方法，以横摆角速度和质心侧偏角为联合控制目标来确定直接横摆力矩，且质心侧偏角权重系数可以根据车辆的稳定状态调整；将质心侧偏角权重系数的取值与质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面中车辆的行驶轨迹、稳定边界的距离联系在一起，根据车辆相轨迹在相平面中的位置确定车辆的稳定程度，从而确定质心侧偏角权重系数。由于质心侧偏角-质心侧偏角相平面对于车辆的稳定性确定，相比其他方法更为准确，也更能准确的表示出质心侧偏角与车辆稳定性的关系，所以通过相平面的方法来确定质心侧偏角权重系数能更准确的得到使车辆回归稳态转向的直接横摆力矩，更好地保证车辆的稳定性。

本发明还提供了一种分布式电动汽车横摆稳定性控制系统，包括：

数据获取模块，用于获取车辆所在路面的路面附着系数和车辆在当前时刻的状态数据；所述状态数据包括各轮侧向力、质心到前轴的距离、质心到后轴的距离、车辆轮距、车辆轴距、前轮转角、横摆角速度、质心侧偏角、车辆转动惯量、整车质量、车辆纵向车速和各轮轮胎侧偏刚度。

相平面确定模块，用于依据所述路面附着系数确定车辆所在路面对应的质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图。

稳定区域确定模块，用于采用双线法确定所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图的最大稳定区域和最小稳定区域；所述最大稳定区域的边界为最大边界；所述最小稳定区域的边界为最小边界。

相点位置确定模块，用于确定所述车辆在当前状态下的相轨迹点在所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中的位置。

权重确定模块，用于依据所述位置确定质心侧偏角权重系数。

第一计算模块，用于依据所述路面附着系数和所述状态数据计算车辆的期望横摆角速度和期望质心侧偏角。

切换函数建立模块，用于依据所述横摆角速度、所述质心侧偏角、所述期望横摆角速度、所述期望质心侧偏角和所述质心侧偏角权重系数，建立滑模面切换函数。

第二计算模块，用于依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、期望横摆角加速度、期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩。

转向控制模块，用于依据所述期望附加横摆力矩控制所述车辆在当前时刻的转向，以实现对所述车辆稳定性的调节。

作为一种可选的实施方式，所述权重确定模块，具体包括：

第一权重确定单元，用于当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域内时，则将质心侧偏角权重系数确定为0；

第二权重确定单元，用于当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域外且位于所述最大稳定区域内时，则将第一距离与第二距离的比值确定为质心侧偏角权重系数；所述第一距离为所述相轨迹点到所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中心的距离；所述第二距离为所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中心到所述最大边界的距离；

第三权重确定单元，用于当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最大稳定区域外时，则将质心侧偏角权重系数确定为1。

作为一种可选的实施方式，所述第一计算模块，具体包括：

第一计算单元，用于计算车辆的期望横摆角速度ω_rd＝min(ω_r_d,ω_rmax)，

其中，

ω_r_d表示修正前的期望横摆角速度，ω_rmax表示横摆角速度的最大值，V_x表示车辆纵向车速，L表示车辆轴距，m表示整车质量，a表示车辆质心到前轴的距离，b表示质心到后轴的距离，k₁表示前轮的轮胎侧偏刚度，k₂表示后轮的轮胎侧偏刚度，δ表示前轮转角，μ表示路面附着系数，g表示重力加速度；

第二计算单元，用于计算车辆的期望质心侧偏角β_d＝min(β_d,β_max)，

其中，

β_max＝tan^-1(0.02μg)。

作为一种可选的实施方式，所述切换函数建立模块，具体为：

S＝ω_rd-ω_r+k_beta(β_d-β)；

其中，S表示滑模面切换函数，ω_rd表示期望横摆角速度，ω_r表示横摆角速度，β_d表示期望质心侧偏角，β表示质心侧偏角，k_beta表示质心侧偏角权重系数。

作为一种可选的实施方式，所述第二计算模块，具体包括：

第一求导单元，用于对所述期望横摆角速度求导，得到期望横摆角加速度；

第二求导单元，用于对所述期望质心侧偏角求导，得到期望质心侧偏角速度；

横摆力矩计算单元，用于依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、所述期望横摆角加速度、所述期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩

其中，F_l1y表示左前轮的侧向力，F_r1y表示右前轮的侧向力，F_l2y表示左后轮的侧向力，F_r2y表示右后轮的侧向力，B表示车辆轮距，I_z表示车辆绕z轴的转动惯量，

表示期望横摆角加速度，

表示期望质心侧偏角速度，ε为正常数，表示趋近律系数，

H为正常数，表示滑模面的边界层厚度，

本实施例的分布式电动汽车横摆稳定性控制系统，能准确判断车辆的稳定程度，实现电动汽车的稳态转向。

对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法，其特征在于，包括：

获取车辆所在路面的路面附着系数和车辆在当前时刻的状态数据；所述状态数据包括各轮侧向力、质心到前轴的距离、质心到后轴的距离、车辆轮距、车辆轴距、前轮转角、横摆角速度、质心侧偏角、车辆转动惯量、整车质量、车辆纵向车速和各轮轮胎侧偏刚度；

依据所述路面附着系数确定车辆所在路面对应的质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图；

采用双线法确定所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图的最大稳定区域和最小稳定区域；所述最大稳定区域的边界为最大边界；所述最小稳定区域的边界为最小边界；

确定所述车辆在当前状态下的相轨迹点在所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中的位置；

依据所述位置确定质心侧偏角权重系数；

依据所述路面附着系数和所述状态数据计算车辆的期望横摆角速度和期望质心侧偏角；

依据所述横摆角速度、所述质心侧偏角、所述期望横摆角速度、所述期望质心侧偏角和所述质心侧偏角权重系数，建立滑模面切换函数；

依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、期望横摆角加速度、期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩；

依据所述期望附加横摆力矩控制所述车辆在当前时刻的转向，以实现对所述车辆稳定性的调节。

2.根据权利要求1所述的一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法，其特征在于，所述依据所述位置确定质心侧偏角权重系数，具体包括：

当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域内时，则将质心侧偏角权重系数确定为0；

当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域外且位于所述最大稳定区域内时，则将第一距离与第二距离的比值确定为质心侧偏角权重系数；所述第一距离为所述相轨迹点到所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中心的距离；所述第二距离为所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中心到所述最大边界的距离；

当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最大稳定区域外时，则将质心侧偏角权重系数确定为1。

3.根据权利要求1所述的一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法，其特征在于，所述依据所述路面附着系数和所述状态数据计算车辆的期望横摆角速度和期望质心侧偏角，具体包括：

计算车辆的期望横摆角速度ω_rd＝min(ω_r_d,ω_rmax)，

其中，

ω_r_d表示修正前的期望横摆角速度，ω_rmax表示横摆角速度的最大值，V_x表示车辆纵向车速，L表示车辆轴距，m表示整车质量，a表示车辆质心到前轴的距离，b表示质心到后轴的距离，k₁表示前轮的轮胎侧偏刚度，k₂表示后轮的轮胎侧偏刚度，δ表示前轮转角，μ表示路面附着系数，g表示重力加速度；

计算车辆的期望质心侧偏角β_d＝min(β_d,β_max)，

其中，

β_max＝tan^-1(0.02μg)。

4.根据权利要求3所述的一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法，其特征在于，所述依据所述横摆角速度、所述质心侧偏角、所述期望横摆角速度、所述期望质心侧偏角和所述质心侧偏角权重系数，建立滑模面切换函数，具体为：

S＝ω_rd-ω_r+k_beta(β_d-β)；

其中，S表示滑模面切换函数，ω_rd表示期望横摆角速度，ω_r表示横摆角速度，β_d表示期望质心侧偏角，β表示质心侧偏角，k_beta表示质心侧偏角权重系数。

5.根据权利要求4所述的一种分布式电动汽车横摆稳定性控制方法，其特征在于，所述依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、期望横摆角加速度、期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩，具体包括：

对所述期望横摆角速度求导，得到期望横摆角加速度；

对所述期望质心侧偏角求导，得到期望质心侧偏角速度；

依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、所述期望横摆角加速度、所述期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩

其中，F_l1y表示左前轮的侧向力，F_r1y表示右前轮的侧向力，F_l2y表示左后轮的侧向力，F_r2y表示右后轮的侧向力，B表示车辆轮距，I_z表示车辆绕z轴的转动惯量，

表示期望横摆角加速度，

表示期望质心侧偏角速度，ε为正常数，表示趋近律系数，

H为正常数，表示滑模面的边界层厚度，

6.一种分布式电动汽车横摆稳定性控制系统，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取车辆所在路面的路面附着系数和车辆在当前时刻的状态数据；所述状态数据包括各轮侧向力、质心到前轴的距离、质心到后轴的距离、车辆轮距、车辆轴距、前轮转角、横摆角速度、质心侧偏角、车辆转动惯量、整车质量、车辆纵向车速和各轮轮胎侧偏刚度；

相平面确定模块，用于依据所述路面附着系数确定车辆所在路面对应的质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图；

稳定区域确定模块，用于采用双线法确定所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图的最大稳定区域和最小稳定区域；所述最大稳定区域的边界为最大边界；所述最小稳定区域的边界为最小边界；

相点位置确定模块，用于确定所述车辆在当前状态下的相轨迹点在所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中的位置；

权重确定模块，用于依据所述位置确定质心侧偏角权重系数；

第一计算模块，用于依据所述路面附着系数和所述状态数据计算车辆的期望横摆角速度和期望质心侧偏角；

切换函数建立模块，用于依据所述横摆角速度、所述质心侧偏角、所述期望横摆角速度、所述期望质心侧偏角和所述质心侧偏角权重系数，建立滑模面切换函数；

第二计算模块，用于依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、期望横摆角加速度、期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩；

转向控制模块，用于依据所述期望附加横摆力矩控制所述车辆在当前时刻的转向，以实现对所述车辆稳定性的调节。

7.根据权利要求6所述的一种分布式电动汽车横摆稳定性控制系统，其特征在于，所述权重确定模块，具体包括：

第一权重确定单元，用于当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域内时，则将质心侧偏角权重系数确定为0；

第二权重确定单元，用于当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最小稳定区域外且位于所述最大稳定区域内时，则将第一距离与第二距离的比值确定为质心侧偏角权重系数；所述第一距离为所述相轨迹点到所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中心的距离；所述第二距离为所述质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图中心到所述最大边界的距离；

第三权重确定单元，用于当所述车辆在当前状态下的相轨迹点位于所述最大稳定区域外时，则将质心侧偏角权重系数确定为1。

8.根据权利要求6所述的一种分布式电动汽车横摆稳定性控制系统，其特征在于，所述第一计算模块，具体包括：

第一计算单元，用于计算车辆的期望横摆角速度ω_rd＝min(ω_r_d,ω_rmax)，

其中，

ω_r_d表示修正前的期望横摆角速度，ω_rmax表示横摆角速度的最大值，V_x表示车辆纵向车速，L表示车辆轴距，m表示整车质量，a表示车辆质心到前轴的距离，b表示质心到后轴的距离，k₁表示前轮的轮胎侧偏刚度，k₂表示后轮的轮胎侧偏刚度，δ表示前轮转角，μ表示路面附着系数，g表示重力加速度；

第二计算单元，用于计算车辆的期望质心侧偏角β_d＝min(β_d,β_max)，

其中，

β_max＝tan^-1(0.02μg)。

9.根据权利要求8所述的一种分布式电动汽车横摆稳定性控制系统，其特征在于，所述切换函数建立模块，具体为：

S＝ω_rd-ω_r+k_beta(β_d-β)；

其中，S表示滑模面切换函数，ω_rd表示期望横摆角速度，ω_r表示横摆角速度，β_d表示期望质心侧偏角，β表示质心侧偏角，k_beta表示质心侧偏角权重系数。

10.根据权利要求9所述的一种分布式电动汽车横摆稳定性控制系统，其特征在于，所述第二计算模块，具体包括：

第一求导单元，用于对所述期望横摆角速度求导，得到期望横摆角加速度；

第二求导单元，用于对所述期望质心侧偏角求导，得到期望质心侧偏角速度；

横摆力矩计算单元，用于依据所述状态数据、所述质心侧偏角权重系数、所述期望横摆角加速度、所述期望质心侧偏角速度和所述滑模面切换函数，计算期望附加横摆力矩

其中，F_l1y表示左前轮的侧向力，F_r1y表示右前轮的侧向力，F_l2y表示左后轮的侧向力，F_r2y表示右后轮的侧向力，B表示车辆轮距，I_z表示车辆绕z轴的转动惯量，

表示期望横摆角加速度，

表示期望质心侧偏角速度，ε为正常数，表示趋近律系数，

H为正常数，表示滑模面的边界层厚度，

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