CN110254420B - 一种四轮驱动电动汽车转向稳定控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四轮驱动电动汽车转向稳定控制方法，当判断车辆转向时，计算横摆力矩偏移量；当判断转向不足时，控制内侧前后车轮进行制动能量回收产生横摆力矩；若制动横摆力矩大于等于横摆力矩偏移量，则先控制内侧前轮进行制动能量回收，当达到内侧前轮能量回收最大充电条件时，再控制内侧后轮进行制动能量回收，直至消除横摆力矩偏移量；若制动横摆力矩小于横摆力矩偏移量，控制内侧前、后轮制动能量回收和增加外侧前、后轮驱动扭矩，以目标滑移率为控制对象协调扭矩输出，直至消除横摆力矩偏移量；当判断转向过度时，控制外侧前后车轮进行制动能量回收，控制策略与转向不足相同。可以对每一个车轮进行扭矩控制，提高控制的稳定性和鲁棒性。

Description

一种四轮驱动电动汽车转向稳定控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车的车身动态控制方法，具体地涉及一种四轮驱动电动汽车转向稳定控制方法。
背景技术
随着新能源电动汽车零部件技术的不断成熟，越来越多的车型推出纯电动版本，电动汽车在转向时，很容易出现转向过度，有时又伴随着转向不足。
现有的车身动态控制方法主要依托液压刹车系统作为执行机构，例如，制动防抱死系统(antilock brake system，ABS)、车身电子稳定系统(electronic stabilityprogram，ESP)是在液压制动的基础上对单个或多个车轮进行液压制动进行横摆力矩控制。但是通过液压制动产生横摆力矩也存在诸多问题，例如制动盘过热会产生热衰退，从而影响制动效能；刹车油可能存在少量空气未完全排出，容易产生前期建压空行程；液压油管的长度和刹车片的磨损程度也会对制动效能产生影响；液压马达工作期间会产生较大的振动和噪声；主动建压过程中产生的横摆扭矩较为生硬，人体感受不好的诸多问题。
中国专利文献CN 107351911公开了一种电动汽车转向稳定控制方法，基于转向稳定的被动扭矩需求计算方法，也是由整车控制器根据车辆稳定偏移和实际偏移率的偏差来协调控制电驱动系统增加或降低输出扭矩，来进行电动汽车转向的稳定控制。该方法对采用集中式电机的后轮驱动车辆进行控制，其中所有的控制策略均只适用于后驱车，并不能用在前驱和四驱车上，只能纠正那些在较高车速转向过程中引起的车辆寻迹性偏差，这种控制方法不适用动态变化很大的车身姿态控制，例如麋鹿测试。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种四轮驱动电动汽车转向稳定控制方法，针对转向不足或转向过度的状态，精确的对每一个车轮进行扭矩控制（回馈扭矩或正向扭矩）来消除车辆运动状态的偏差，提高了控制的稳定性和鲁棒性。
本发明的技术方案是：
一种四轮驱动电动汽车转向稳定控制方法，包括以下步骤：
S01：当判断车辆转向时，计算得到横摆力矩偏移量；
S02：当判断转向不足时，控制内侧前后车轮进行制动能量回收产生横摆力矩，判断制动能量回收产生的横摆力矩与横摆力矩偏移量的大小；
S03：若制动能量回收产生的横摆力矩大于等于横摆力矩偏移量，则先控制内侧前轮进行制动能量回收，当达到内侧前轮能量回收最大充电条件时，再控制内侧后轮进行制动能量回收，直至消除横摆力矩偏移量；
S04：若制动能量回收产生的横摆力矩小于横摆力矩偏移量，控制内侧前、后轮制动能量回收和增加外侧前、后轮驱动扭矩，以目标轮胎滑移率为控制对象协调扭矩输出，直至消除横摆力矩偏移量；
S05：当判断转向过度时，控制外侧前后车轮进行制动能量回收产生一定的横摆力矩，判断制动能量回收产生的横摆力矩与横摆力矩偏移量横摆力矩偏移量的大小；
S06：若制动能量回收产生的横摆力矩大于等于横摆力矩偏移量，则先控制外侧前轮进行制动能量回收，当达到外侧前轮能量回收最大充电条件时，再控制外侧后轮进行制动能量回收，直至消除横摆力矩偏移量；
S07：若制动能量回收产生的横摆力矩小于横摆力矩偏移量，控制外侧前、后轮制动能量回收和增加内侧前、后轮驱动扭矩，以目标轮胎滑移率为控制对象协调扭矩输出，直至消除横摆力矩偏移量。
优选的技术方案中，所述步骤S03中在控制内侧后轮进行制动能量回收时，判断内侧后轮能量回收是否达到最大充电条件，当内侧后轮能量回收最大充电条件时，若不能消除横摆力矩偏移量，控制外侧前轮增加驱动扭矩，当超过扭矩或滑移率设定阈值时，再控制外侧后轮增加扭矩直至消除横摆力矩偏移量。
优选的技术方案中，所述步骤S03中，对轮胎滑移率进行实时监控，控制轮胎滑移率至目标值。
优选的技术方案中，所述步骤S06中在控制外侧后轮进行制动能量回收时，判断外侧后轮能量回收是否达到最大充电条件，当外侧后轮能量回收最大充电条件时，若不能消除横摆力矩偏移量，控制外侧前轮增加驱动扭矩，当超过扭矩或滑移率设定阈值时，再控制外侧后轮增加扭矩直至消除横摆力矩偏移量。
优选的技术方案中，所述步骤S06中，对轮胎滑移率进行实时监控，控制轮胎滑移率至目标值。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、该方法针对转向不足或转向过度的状态，精确的对每一个车轮进行扭矩控制（回馈扭矩或正向扭矩）来消除车辆运动状态的偏差，提高了控制的稳定性和鲁棒性。
2、通过矢量控制器作为控制系统处理决策端，轮毂电机作为控制执行器，创新性的将扭矩矢量控制和能量回收引入车身动态控制。轮毂电机既作为行驶驱动部件，又可以通过其本身的快速扭矩响应和能量回收功能作为车身动态系统执行器，不仅降低了额外的零部件成本，也降低了维修和保养成本，提高了能源利用率。由于取消了液压马达，可以有效降低工作过程中产生的振动和噪声。并可以实现扭矩的无级控制，使工作过程更加平稳柔和，尽可能的降低冲击感。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明车辆由直行先向左后向右猛急打方向盘，紧接着回正方向盘后车辆的动态控制示意图；
图2为本发明制动能量回收控制策略的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步说明。
本发明四轮驱动电动汽车转向稳定控制方法，适用于四轮驱动的电动汽车，通过矢量控制器作为控制系统处理决策端，轮毂电机作为控制执行器，创新性的将扭矩矢量控制和能量回收引入车身动态控制。轮毂电机既作为行驶驱动部件，又可以通过其本身的快速扭矩响应和能量回收功能作为车身动态系统执行器。可以对例如麋鹿测试做出很好的控制，图1车辆变道过程即类似麋鹿测试工况。
车身动态控制器对轮速传感器计算得到的车辆参考车速和方向盘转角，基于理论横摆角速度公式计算得到参考横摆角速度ωref，将其与传感器测得的实际横摆角速度ωact进行比较，得到的差值△e为横摆力矩偏移控制量，进一步得到横摆力矩偏移量，控制器发出指令进行制动能量回收，车辆产生绕车身Z轴方向的横摆力矩，起到消除横摆力矩偏移量稳定车辆运动状态的效果。
当车辆从稳态行驶突然猛打方向转向时，车辆容易表现出转向不足，车辆转向不足或者转向过度的判断方法如下：
△e>0表示转向不足，反之则为转向过度。
若车辆转向不足时，使内侧前后车轮进行制动能量回收，产生一定的横摆力矩。如果此时车辆仍处于转向不足，则继续对外侧前后车轮施加正扭矩。通过对车辆动态特征的实时监测和转角信号的分析，由矢量控制器计算得到扭矩大小及作用时间。具体的控制策略如图2所示，图中的制动能量回收也称为制动回馈。
1、控制器计算得横摆力矩偏移控制量△e。
2、控制器估算仅使用制动能量回收能否抵消△e，轮毂电机控制器根据当前整车状态（SOC）和电机状态（温度）等综合工况，给出各电机的最大回馈制动扭矩极限，计算出通过回馈制动可以提供的最大横摆扭矩。矢量控制器根据车辆运动参数估算前后车轮侧偏角，已知前后车轮侧偏刚度，可得车辆实时横摆扭矩。若前者大于后者则可以抵消。
3、如果若制动能量回收产生的横摆力矩大于等于横摆力矩偏移量，则可以抵消：先内侧前轮制动能量回收，当达到内侧前轮能量回收最大充电条件时，再对内侧后轮进行制动能量回收，如也达到内侧后轮能量回收最大充电条件时，进入步骤4；在制动能量回收过程中除了对能量回收条件进行监控外，还要对电池SOC进行监控，如果电池电量过高影响制动能量回收效能时，可以直接进入步骤4。
4、当能制动能量回收不能减小△e时，需对外侧前轮增加驱动扭矩，当超过扭矩或滑移率设定阈值时，再使外侧后轮增加扭矩直至消除△e，该过程中始终对轮胎滑移率进行监控，保证车轮滑移率在目标值附近。
5、如果若制动能量回收产生的横摆力矩小于△e，制动能量回收不能抵消△e，控制器将内侧前、后轮最大制动能量回收扭矩和外侧前、后轮驱动扭矩以目标滑移率为控制对象协调扭矩输出，直至消除△e。
当车辆出现转向过度，此时使外侧前后车轮进行制动能量回收，当产生的横摆力矩不足以纠正转向不足时，则继续对内侧前后车辆施加正扭矩。控制策略和过程同转向不足时相似，但是需要注意转向过度通常出现在后驱车和四驱车中，此时对内侧后轮扭矩控制比例应降低，以使后轮始终在地面附着极限以内。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种四轮驱动电动汽车转向稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：当判断车辆转向时，计算得到横摆力矩偏移量；
S02：当判断转向不足时，控制内侧前后车轮进行制动能量回收产生横摆力矩，判断制动能量回收产生的横摆力矩与横摆力矩偏移量的大小；
S03：若制动能量回收产生的横摆力矩大于等于横摆力矩偏移量，则先控制内侧前轮进行制动能量回收，当达到内侧前轮能量回收最大充电条件时，再控制内侧后轮进行制动能量回收，直至消除横摆力矩偏移量；
S04：若制动能量回收产生的横摆力矩小于横摆力矩偏移量，控制内侧前、后轮制动能量回收和增加外侧前、后轮驱动扭矩，以目标轮胎滑移率为控制对象协调扭矩输出，直至消除横摆力矩偏移量；
S05：当判断转向过度时，控制外侧前后车轮进行制动能量回收产生横摆力矩，判断制动能量回收产生的横摆力矩与横摆力矩偏移量的大小；
S06：若制动能量回收产生的横摆力矩大于等于横摆力矩偏移量，则先控制外侧前轮进行制动能量回收，当达到外侧前轮能量回收最大充电条件时，再控制外侧后轮进行制动能量回收，直至消除横摆力矩偏移量；
S07：若制动能量回收产生的横摆力矩小于横摆力矩偏移量，控制外侧前、后轮制动能量回收和增加内侧前、后轮驱动扭矩，以目标轮胎滑移率为控制对象协调扭矩输出，直至消除横摆力矩偏移量。
2.根据权利要求1所述的四轮驱动电动汽车转向稳定控制方法，其特征在于，所述步骤S03中在控制内侧后轮进行制动能量回收时，判断内侧后轮能量回收是否达到最大充电条件，当内侧后轮能量回收达到最大充电条件时，若不能消除横摆力矩偏移量，控制外侧前轮增加驱动扭矩，当超过扭矩或轮胎滑移率设定阈值时，再控制外侧后轮增加扭矩直至消除横摆力矩偏移量。
3.根据权利要求2所述的四轮驱动电动汽车转向稳定控制方法，其特征在于，所述步骤S03中，对轮胎滑移率进行实时监控，控制轮胎滑移率至目标值。
4.根据权利要求1所述的四轮驱动电动汽车转向稳定控制方法，其特征在于，所述步骤S06中在控制外侧后轮进行制动能量回收时，判断外侧后轮能量回收是否达到最大充电条件，当外侧后轮能量回收达到最大充电条件时，若不能消除横摆力矩偏移量，控制外侧前轮增加驱动扭矩，当超过扭矩或轮胎滑移率设定阈值时，再控制外侧后轮增加扭矩直至消除横摆力矩偏移量。
5.根据权利要求4所述的四轮驱动电动汽车转向稳定控制方法，其特征在于，所述步骤S06中，对轮胎滑移率进行实时监控，控制轮胎滑移率至目标值。
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