CN111452781B - 一种改善加速舒适性的轮毂电机驱动电动汽车强鲁棒自适应驱动防滑控制方法 - Google Patents

一种改善加速舒适性的轮毂电机驱动电动汽车强鲁棒自适应驱动防滑控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种改善加速舒适性的轮毂电机驱动电动汽车强鲁棒自适应驱动防滑控制方法，在设计时充分考虑轮胎弛豫特性的影响，并利用区域极点配置的算法将极点配置在实轴附近，降低驱动防滑系统介入时加速度的纵向抖动；采用了分段鲁棒控制的方法确保了工况变化时控制器的鲁棒性，并且使用增益调度的算法保证了在任意车速下控制器的自适应性；本发明提出的防滑方法不仅鲁棒性强，工况适应性好，能保证路面附着变化，垂向载荷变动，任意车速行驶时防滑控制的稳定性，并且满足了驱动防滑控制介入时车辆的平顺性要求，减小了车身加速度的纵向震荡，改善了车辆加速时的乘坐舒适性。

Description

一种改善加速舒适性的轮毂电机驱动电动汽车强鲁棒自适应 驱动防滑控制方法
技术领域
本发明涉及一种改善加速舒适性的轮毂电机驱动电动汽车强鲁棒自适应驱动防滑控制方法，属于新能源汽车设计与制造领域。
背景技术
轮毂电机驱动电动汽车省去了复杂的传动系统，最大程度地释放了车身空间，减小了动力总成质量，有效提高了动力传输效率，轮毂电机具有控制精确以及响应速度快的特点，通过各轮转矩的合理分配可以实现车辆的多种动力学行为，因此轮毂电机驱动电动汽车已被国际汽车领域的研究学者认为是最具发展潜力的电动汽车架构之一，驱动防滑控制是车辆重要的主动安全技术之一，其功能是防止车辆在大加速度/低附着路面下轮胎过度滑转，提高车辆的安全性；轮毂电机的扭矩输出特性决定了其在转速较低时能够达到峰值扭矩，导致轮毂电机驱动电动汽车在起步或者低速时相比于燃油车更容易打滑，因此，驱动防滑控制对于轮毂电机驱动电动汽车是更为重要的问题。
轮毂电机驱动电动汽车的驱动防滑控制与传统燃油车有很大区别，传统燃油汽车主要通过损失速度的方法实现防滑控制，该类方法牺牲了车辆的动力性，且在触时具有明显的介入感，影响车辆的平顺性，轮毂电机可直接控制电机的转矩输出以实现车轮加速度和滑移率的控制，充分利用路面附着力，保证了车辆行驶的动力性和安全性；国内外学者对车辆驱动防滑控制开展了大量研究，并取得了一定的研究成果。根据控制目标的不同，可以将驱动防滑控制算法分为基于电机输出转矩控制与基于滑转率控制两类。基于电机输出转矩的控制算法通过直接控制车轮的角加速度或轮速来实现防滑控制。模型预测控制，PID反馈控制，非线性反馈控制的方法都有所涉及。基于车轮滑转率的控制算法是在车轮实时滑转率计算与路面最优滑转率辨识的前提下，通过控制单个车轮的实时滑转率实现防滑控制。以滑移率作为输入，采用滑膜变结构控制，模糊控制，鲁棒控制等方法跟踪当前路面下的最优滑移率是是控制器设计的常用方法。
可以看出，大多数研究主要通过改进算法的方式来提高驱动防滑控制的效果，尽管如此，一些本质的问题并不能因此得到解决，在驱动防滑系统介入时，往往会出现车辆纵向窜动的现象，导致加速过程中车辆的纵向舒适性严重降低，原因在于纵向加速度以及轮胎纵向力存在的震荡现象；而导致轮胎力的震荡的根本原因是轮胎存在弛豫特性，轮胎的弛豫特性增加了车轮动力学系统的欠阻尼特性，使得轮胎的力在低速下会产生欠阻尼震荡；然而在现有的驱动防滑算法的建模过程中并没有考虑轮胎的弛豫特性，因此设计的控制器不具有良好的抗纵向振动能力；此外，现有的控制方法通常只考虑轮胎线性区域内滑移率的控制，对于大幅度的车轮滑转难以控制，鲁棒性较差，并且车速对控制器的稳定性影响较大，而现有的控制器通常只考虑特定车速下的驱动防滑控制，对于实际行驶中变化的车速自适应性较差，往往会出现控制发散现象，导致车辆失稳。
发明内容
本发明提供一种改善加速舒适性的轮毂电机驱动电动汽车强鲁棒自适应驱动防滑控制方法，不仅工况适应性好，能保证路面附着变化，垂向载荷变动，任意车速行驶时防滑控制的稳定性，并且满足了驱动防滑控制介入时车辆的平顺性要求，减小了车身加速度的纵向震荡，改善了车辆加速时的乘坐舒适性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种改善加速舒适性的轮毂电机驱动电动汽车强鲁棒自适应驱动防滑控制方法，包括以下步骤：
第一步：信息的预处理，获取包括车轮轮速传感器信号、车速信息、车轮瞬态滑移率、实时路面附着系数、最优滑移率以及轮毂电机参考转矩，确定纵向刚度的摄动范围、峰值转矩出现的转速范围以及容易发生打滑的车速区间；
其中，车轮轮速传感器信号由汽车CAN总线获取，车速信息由惯性测量单元获取，实时路面附着系由路面附着估计模块获取，最优滑移率以及轮毂电机参考转矩由实时路面附着情况下轮胎力曲线获取，结合轮胎力曲线的非线性以及可能出现的路面附着条件获取纵向刚度的摄动范围，峰值转矩出现的转速范围由轮毂电机的外特性曲线获取，同时获取容易打滑的车速区间；
第二步：离线求解特定车速下的反馈控制律，以第一步中获取的各项数据建立包含不确定参数的弛豫车轮动力学模型，确定极点区域，采用鲁棒区域极点配置的方式将车轮动力学系统闭环极点配置在确定的极点区域内，以最优滑移率为分界点将系统分为两个部分，分别求解出对应的反馈增益矩阵；
第三步：采用增益调度的方式在线计算当前车速下的反馈控制律，将车轮动力学系统以若干特定车速下系统线性组合形式进行表示，根据第二步的反馈控制律，求出特定车速下的反馈增益矩阵，然后根据当前车速线性组合进行实时计算，同时将驱动防滑控制器输出的转矩通过电机外特性进行限制，限制后的转矩通过CAN总线传输至轮毂电机控制器；
作为本发明的进一步优选，定义车轮轮速信号传感器信号为
Figure BDA0002423064910000021
车速信息为Vx，车轮瞬态滑移率为λl，实时路面附着系数为μ，最优滑移率为λl0，轮毂电机转矩为Tm，轮毂电机参考转矩为Tm0，纵向刚度为c，纵向刚μ度的摄动范围为[cmin,cmax]，容易发生打滑的车速区间为[Vmin,Vmax]，反馈控制律即反馈增益矩阵为K(Vxc)，特定车速为Vxi；
作为本发明的进一步优选，第一步信息的预处理中各个信息获取包括，
第11步，获取车轮瞬态滑移率，从CAN总线直接获取轮速值即为获取的车轮轮速信号传感器信号
Figure BDA0002423064910000031
并对其进行低通滤波处理，从车速信息由惯性测量单元获取当前的车速信息Vx，车轮瞬态滑移率为
Figure BDA0002423064910000032
其中，λl为车轮瞬态滑移率，Rw为车轮滚动半径，
Figure BDA0002423064910000033
为轮速值，Vx为车速信息，
Figure BDA0002423064910000034
车速转化到车轮上的角速度；
第12步，获取轮毂电机参考转矩，以路面附着系数μ为基准，通过查询表直接获取当前路面附着系数下的最优滑移率λl0，获得轮毂电机参考转矩为
Tm0＝μFzRw (2)
其中，μ为路面附着系数，Fz为轮胎的垂向力，Rw为车轮滚动半径；
第13步，获取纵向刚度最大摄动范围，轮胎的纵向刚度为
Figure BDA0002423064910000035
对车轮瞬态滑移率λl求偏导，其中，Fx是轮胎的纵向力，
以驱动防滑系统介入的滑移率阈值作为滑移率下限
Figure BDA0002423064910000036
并考虑车轮的最大滑转程度选择滑移率
Figure BDA0002423064910000037
即得滑移率的可能范围为
Figure BDA0002423064910000038
根据轮胎力曲线，纵向刚度c一般随滑移率上升而递减，因此纵向刚度c的摄动范围为
Figure BDA0002423064910000039
考虑路面附着μ的影响，纵向刚度c的最大摄动范围为
Figure BDA0002423064910000041
第14步，获取车速区间[Vmin,Vmax]，根据轮毂电机的外特性曲线，轮毂电机转矩Tm随车轮轮速值
Figure BDA0002423064910000042
呈递减趋势，通过可能发生打滑的最小转矩Tmin查表得到最高车速Vmax，最小转矩Tmin为
Figure BDA0002423064910000043
作为本发明的进一步优选，在第二步中，第21步，建立弛豫车轮动力学模型具体包括如下模型，
Figure BDA0002423064910000044
其中，
Figure BDA0002423064910000045
为轮速值，
Figure BDA0002423064910000046
为车速转化到车轮上的角速度，Tm为轮毂电机转矩，Rw为车轮滚动半径，Fx为轮胎的纵向力，Fz为轮胎的垂向力，J1为车轮转动惯量，J2为车身绕y轴的转动惯量，λl为车轮瞬态滑移率，L为轮胎纵向松弛长度，Sgn为符号函数；
定义稳态滑移率λ
Figure BDA0002423064910000047
短时间内车速稳定，对(7)进行线简化得到(9)
Figure BDA0002423064910000048
为了跟踪最优滑移率，根据步骤一得到的最优滑移率λl0以及轮毂电机参考转矩Tm0，并定义
Figure BDA0002423064910000051
eλ＝λ-λ0以及
Figure BDA0002423064910000052
得到最终的误差模型
Figure BDA0002423064910000053
其中c的范围为[cmin,cmax]；
第22步，确定极点区域具体为，为了保证控制器的稳定性，极点必须在左半复平面(11)中，
Figure BDA0002423064910000054
同时保证滑移率跟踪的平顺性，将极点限制在实轴附近，采用菱形区域对极限进行限制，其长轴的两个顶点坐标为(-q,0)和(p,0)，短边的夹角为2θ，记为(12)
Figure BDA0002423064910000055
综合考虑两者要求，误差模型(10)期望的极点区域为
D＝D1∩D2 (13)
其中∩为交集；
第二步中，采用鲁棒区域极点配置的方式将车轮动力学系统闭环极点配置在确定的极点区域内中，第23步，对每段系统设计鲁棒输出反馈极点配置控制器的方法包括，
第231步，为了降低计算鲁棒算法的保守性，首先对系统(10)进行分段，以最优滑移率λl0为分段点，其对应的纵向刚度为0，对纵向刚度c的范围进行划分：
Figure BDA0002423064910000056
将纵向刚度表示为标准形式ci＝cmi+s△ci,s∈(-1,1)，并将(10)写成状态空间表达式(15)，其中
Figure BDA0002423064910000057
Ai(Vx)＝Ai0(Vx)+s△Ai(Vx)(i＝1,2)：
Figure BDA0002423064910000058
第232步，对每段系统设计鲁棒输出反馈极点配置控制器，以瞬态滑移率λl为输出量，输出反馈控制律为
Figure BDA0002423064910000061
其中Cf＝[0,1]T，Ki(Vx)为车速Vx下的看反馈增益矩阵将输出反馈控制律带入原系统，得到闭环系统为
Figure BDA0002423064910000062
其中Aci(P)＝A0i(P)+BuKi(P)Cf；
第233步，驱动防滑控制器的目标是将闭环系统(17)的极点配置在第22步中定义的菱形区域内，为了方便算法实施，将闭环系统记为
Figure BDA0002423064910000063
其中，σmax为矩阵的奇异值，
存在反馈控制Ki(Vx)使得系统(18)的极点在第22步中定义的菱形区域内，等价于存在矩阵Xm,Xmn以及Wm(m＝1,2,3；n＝1,2,3)满足线性矩阵不等式
Figure BDA0002423064910000064
通过求解不等式得到不等式的解集为Xm，Xmn，Wm；
第224步，计算反馈增益矩阵Ki(Vx)，对解集Xm，Xmn，Wm做相应的变换可以得到：
Ki1＝W1(CfX1)-1,Ki2＝W2(CfX2)-1,Ki3＝(X3Bu)-1W3 (20)
反馈增益矩阵Ki(Vx)可以通过交集的方式(21)得到，
Ki(Vx)＝Ki1∩Ki2∩Ki3 (21)
其中，Ki(Vx)即为特定车速Vx下的分段鲁棒极点配置控制器已经设计完成；
作为本发明的进一步优选，第三步中，具体包含以下，
第31步，建立基于车速Vx的线性参数摄动模型，具体的，
第311步，调度量P定义为：
Figure BDA0002423064910000071
根据第一步中定义的车速区间[Vmin,Vmax]，调度量P的四个顶点的坐标分别为
Figure BDA0002423064910000072
第322步，将系统(15)表示为各个顶点Pi处各个系统的线性组合形式为
Figure BDA0002423064910000073
其中，αj(P)为权重系数，可以通过公式(25)计算：
Figure BDA0002423064910000074
第32步，采用增益调度算法的在线计算反馈控制律，具体的为，
第321步，根据第二步的算法，针对各个顶点Pi对应系统的反馈增益矩阵Ki(Pi)，
第322步，根据惯性测量单元测量的当前车速Vx，采用线性组合的方式计算当前车车速下反馈增益矩阵Ki(P)，计算公式如(26)所示
Figure BDA0002423064910000075
其中，αj(P)为上一步定义的权重系数；
第33步，转矩控制信号的输出，驱动防滑控制器Tc的输出由前馈量和反馈量组成，其计算公式为：
Figure BDA0002423064910000081
其中，Ki(P)为当前车车速下反馈增益矩阵，Tm0为轮毂电机参考转矩，
Figure BDA0002423064910000082
最后根据轮毂电机外特性曲线对驱动防滑控制器的输出转矩进行限制，得到最终输出的轮毂电机转矩Tm，
Figure BDA0002423064910000083
其中，n为电机转速，
将获得的轮毂电机转矩通过VCU经CAN总线发送给轮毂电机控制器。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑方法，在驱动防滑控制方法设计时充分考虑轮胎弛豫特性的影响，并利用区域极点配置的算法将极点配置在实轴附近，降低驱动防滑系统介入时加速度的纵向抖动，保证了车辆加速时的乘坐舒适性；
本发明提出的轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑方法鲁棒性强，采用了分段鲁棒控制的方法确保了工况变化时控制器的鲁棒性，并且使用增益调度的算法保证了在任意车速下控制器的自适应性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的系统框架图；
图2是本发明的优选实施例的实施流程图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
通过轮毂电机驱动电动汽车，可以在一定程度上提高动力传输效率，但是由于轮胎的弛豫特性，导致车轮动力系统的欠阻尼特性增加，那么带来的后果就是控制器抗纵向振动能力较弱，同时对于大幅度的车轮滑转难以控制，鲁棒性较差，进一步的，在现有控制器仅考虑特定车速下的驱动防滑控制，最终导致车辆失稳，乘坐者舒适度较低，因此，本申请志在提供一种改善加速舒适性的轮毂电机驱动电动汽车强鲁棒自适应驱动防滑控制方法，可以改善车辆加速时的乘坐舒适性。
实施例：
基于现有技术的缺陷，图2所示，本申请提供的改善加速舒适性的轮毂电机驱动电动汽车强鲁棒自适应驱动防滑控制方法包括以下步骤，其是基于图1所示的架构进行实施：
第一步：信息的预处理，获取包括车轮轮速传感器信号、车速信息、车轮瞬态滑移率、实时路面附着系数、最优滑移率以及轮毂电机参考转矩，确定纵向刚度的摄动范围、峰值转矩出现的转速范围以及容易发生打滑的车速区间；
其中，车轮轮速传感器信号
Figure BDA0002423064910000092
由汽车CAN总线获取，车速信息Vx由惯性测量单元获取，实时路面附着系数μ由路面附着估计模块获取，最优滑移率λl0以及轮毂电机参考转矩Tm由实时路面附着情况下轮胎力曲线获取，结合轮胎力曲线的非线性以及可能出现的路面附着条件获取纵向刚度c的摄动范围[cmin,cmax]，峰值转矩出现的转速范围由轮毂电机的外特性曲线获取，这里轮毂电机的外特性曲线是指输出扭矩和转速的关系曲线，扭矩大小随着转速上升而降低，同时依此可以确定容易发生打滑的车速区间[Vmin,Vmax]，
最高车速Vmax确定方法：通过当前路面附着系数μ可以查得当前不会发生打滑的最大轮胎纵向力Fx，同时也是可能出现打滑的最小轮胎纵向力，将其乘以当前车轮滚动半径Rw得到当前可能出现打滑的最小电机转矩Tmin；通过轮毂电机的外特性曲线可以查得对应的容易打滑的最大转速，转速乘上滚动半径Rw就是车速Vmax；因此Vmax的确定应该是基于当前路面附着系数μ，对应的最大轮胎纵向力Fx以及轮毂电机的外特性曲线；
最高车速Vmin确定方法：最低车速的理论值是0，但是后面计算时候会作为分母出现，为了保证计算的稳定，Vmin给了较小值5km/h；因此Vmin是基于计算的稳定性而确定的；
接着获取各个信息的具体过程为：
第11步，获取车轮瞬态滑移率，从CAN总线直接获取轮速值即为获取的车轮轮速信号传感器信号
Figure BDA0002423064910000091
并对其进行低通滤波处理，由惯性测量单元(IMU)获取当前的车速信息Vx，车轮瞬态滑移率为
Figure BDA0002423064910000101
其中，λl为车轮瞬态滑移率，Rw为车轮滚动半径，
Figure BDA0002423064910000102
为轮速值，Vx为车速信息，
Figure BDA0002423064910000103
车速转化到车轮上的角速度；
第12步，获取轮毂电机参考转矩，以路面附着系数μ为基准，通过查询表直接获取当前路面附着系数下的最优滑移率λl0，轮毂电机参考转矩Tm0作为前馈量直接输入给电机，其大小由公式(2)计算获得
Tm0＝μFzRw (2)
其中，μ为路面附着系数，Fz为轮胎的垂向力，Rw为车轮滚动半径；
第13步，获取纵向刚度最大摄动范围，轮胎的纵向刚度为
Figure BDA0002423064910000104
对车轮瞬态滑移率λl求偏导，其中，Fx是轮胎的纵向力，
以驱动防滑系统介入的滑移率阈值作为滑移率下限
Figure BDA0002423064910000105
并考虑车轮的最大滑转程度选择滑移率
Figure BDA0002423064910000106
即得滑移率的可能范围为
Figure BDA0002423064910000107
根据轮胎力曲线，纵向刚度c一般随滑移率上升而递减，因此纵向刚度c的摄动范围为
Figure BDA0002423064910000108
考虑路面附着μ的影响，纵向刚度c的最大摄动范围为
Figure BDA0002423064910000109
第14步，获取车速区间[Vmin,Vmax]，根据轮毂电机的外特性曲线，轮毂电机转矩Tm随车轮轮速值
Figure BDA00024230649100001010
呈递减趋势，通过可能发生打滑的最小转矩Tmin查表得到最高车速Vmax，最小转矩Tmin为
Figure BDA0002423064910000111
第二步：离线求解特定车速下的反馈控制律，以第一步中获取的各项数据建立包含不确定参数的弛豫车轮动力学模型，确定极点区域，采用鲁棒区域极点配置的方式将车轮动力学系统闭环极点配置在确定的极点区域内，以最优滑移率为分界点将系统分为两个部分，分别求解出对应的反馈增益矩阵；
具体的为，第21步，建立弛豫车轮动力学模型具体包括如下模型，
Figure BDA0002423064910000112
其中，
Figure BDA0002423064910000113
为轮速值，
Figure BDA0002423064910000114
为车速转化到车轮上的角速度，Tm为轮毂电机转矩，Rw为车轮滚动半径，Fx为轮胎的纵向力，Fz为轮胎的垂向力，J1为车轮转动惯量，J2为车身绕y轴的转动惯量，λl为车轮瞬态滑移率，L为轮胎纵向松弛长度，Sgn为符号函数；
定义稳态滑移率λ
Figure BDA0002423064910000115
短时间内车速变化不大，对(7)进行线简化得到(9)
Figure BDA0002423064910000116
为了跟踪最优滑移率，根据第一步得到的最优滑移率λl0以及轮毂电机参考转矩Tm0，并定义
Figure BDA0002423064910000117
eλ＝λ-λ0以及
Figure BDA0002423064910000118
得到最终的误差模型
Figure BDA0002423064910000121
其中c的范围为[cmin,cmax]；
第22步，确定极点区域(LMI)具体为，为了保证控制器的稳定性，极点必须在左半复平面(11)中，
Figure BDA0002423064910000122
同时保证滑移率跟踪的平顺性，将极点限制在实轴附近，采用菱形区域对极限进行限制，其长轴的两个顶点坐标为(-q,0)和(p,0)，短边的夹角为2θ，记为(12)
Figure BDA0002423064910000123
综合考虑两者要求，误差模型(10)期望的极点区域为
D＝D1∩D2 (13)
其中∩为交集；
第23步，采用鲁棒区域极点配置的方式将车轮动力学系统闭环极点配置在确定的极点区域内中，对每段系统设计鲁棒输出反馈极点配置控制器的方法包括，
第231步，为了降低计算鲁棒算法的保守性，首先对系统(10)进行分段，以最优滑移率λl0为分段点，其对应的纵向刚度为0，对纵向刚度c的范围进行划分：
Figure BDA0002423064910000124
将纵向刚度表示为标准形式ci＝cmi+s△ci,s∈(-1,1)，并将(10)写成状态空间表达式(15)，其中
Figure BDA0002423064910000125
Ai(Vx)＝Ai0(Vx)+s△Ai(Vx)(i＝1,2)：
Figure BDA0002423064910000126
第232步，对每段系统设计鲁棒输出反馈极点配置控制器，以瞬态滑移率λl为输出量，输出反馈控制律为
Figure BDA0002423064910000131
其中Cf＝[0,1]T，Ki(Vx)为车速Vx下的看反馈增益矩阵将输出反馈控制律带入原系统，得到闭环系统为
Figure BDA0002423064910000132
其中Aci(P)＝A0i(P)+BuKi(P)Cf；
第233步，驱动防滑控制器的目标是将闭环系统(17)的极点配置在第22步中定义的菱形区域内，为了方便算法实施，将闭环系统记为
Figure BDA0002423064910000133
其中，σmax为矩阵的奇异值，
存在反馈控制Ki(Vx)使得系统(18)的极点在第22步中定义的菱形区域内，等价于存在矩阵Xm,Xmn以及Wm(m＝1,2,3；n＝1,2,3)满足线性矩阵不等式
Figure BDA0002423064910000134
通过求解不等式得到不等式的解集为Xm，Xmn，Wm；
第224步，计算反馈增益矩阵Ki(Vx)，对解集Xm，Xmn，Wm做相应的变换可以得到：
Ki1＝W1(CfX1)-1,Ki2＝W2(CfX2)-1,Ki3＝(X3Bu)-1W3 (20)
反馈增益矩阵Ki(Vx)可以通过交集的方式(21)得到，
Ki(Vx)＝Ki1∩Ki2∩Ki3 (21)
其中，Ki(Vx)即为特定车速Vx下的分段鲁棒极点配置控制器已经设计完成。
第三步：采用增益调度的方式在线计算当前车速下的反馈控制律，将车轮动力学系统以若干特定车速下系统线性组合形式进行表示，根据第二步的反馈控制律，求出特定车速下的反馈增益矩阵，然后根据当前车速线性组合进行实时计算，同时将驱动防滑控制器输出的转矩通过电机外特性进行限制，限制后的转矩通过CAN总线传输至轮毂电机控制器，
具体包含以下，
第31步，建立基于车速Vx的线性参数摄动模型，具体的，
第311步，调度量P定义为：
Figure BDA0002423064910000141
根据第一步中定义的车速区间[Vmin,Vmax]，调度量P的四个顶点的坐标分别为
Figure BDA0002423064910000142
第322步，将系统(15)表示为各个顶点Pi处各个系统的线性组合形式为
Figure BDA0002423064910000143
其中，αj(P)为权重系数，可以通过公式(25)计算：
Figure BDA0002423064910000144
第32步，采用增益调度算法的在线计算反馈控制律，具体的为，
第321步，根据第二步的算法，针对各个顶点Pi对应系统的反馈增益矩阵Ki(Pi)，
第322步，根据惯性测量单元测量的当前车速Vx，采用线性组合的方式计算当前车车速下反馈增益矩阵Ki(P)，计算公式如(26)所示
Figure BDA0002423064910000151
其中，αj(P)为上一步定义的权重系数；
第33步，转矩控制信号的输出，驱动防滑控制器Tc的输出由前馈量和反馈量组成，其计算公式为：
Figure BDA0002423064910000152
其中，Ki(P)为当前车车速下反馈增益矩阵，Tm0为轮毂电机参考转矩，
Figure BDA0002423064910000153
最后根据轮毂电机外特性曲线对驱动防滑控制器的输出转矩进行限制，得到最终输出的轮毂电机转矩Tm，
Figure BDA0002423064910000154
其中，n为电机转速，
将获得的轮毂电机转矩通过VCU经CAN总线发送给轮毂电机控制器，完成整个控制过程。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种改善加速舒适性的轮毂电机驱动电动汽车强鲁棒自适应驱动防滑控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：信息的预处理，获取包括车轮轮速传感器信号、车速信息、车轮瞬态滑移率、实时路面附着系数、最优滑移率以及轮毂电机参考转矩，确定纵向刚度的摄动范围、峰值转矩出现的转速范围以及容易发生打滑的车速区间；
其中，车轮轮速传感器信号由汽车CAN总线获取，车速信息由惯性测量单元获取，实时路面附着系由路面附着估计模块获取，最优滑移率以及轮毂电机参考转矩由实时路面附着情况下轮胎力曲线获取，结合轮胎力曲线的非线性以及可能出现的路面附着条件获取纵向刚度的摄动范围，峰值转矩出现的转速范围由轮毂电机的外特性曲线获取，同时获取容易打滑的车速区间；
第二步：离线求解特定车速下的反馈控制律，以第一步中获取的各项数据建立包含不确定参数的弛豫车轮动力学模型，确定极点区域，采用鲁棒区域极点配置的方式将车轮动力学系统闭环极点配置在确定的极点区域内，以最优滑移率为分界点将系统分为两个部分，分别求解出对应的反馈增益矩阵；
第三步：采用增益调度的方式在线计算当前车速下的反馈控制律，将车轮动力学系统以若干特定车速下系统线性组合形式进行表示，根据第二步的反馈控制律，求出特定车速下的反馈增益矩阵，然后根据当前车速线性组合进行实时计算，同时将驱动防滑控制器输出的转矩通过电机外特性进行限制，限制后的转矩通过CAN总线传输至轮毂电机控制器；
定义车轮轮速信号传感器信号为
Figure FDA0003795954420000011
车速信息为Vx，车轮瞬态滑移率为λl，实时路面附着系数为μ，最优滑移率为λl0，轮毂电机转矩为Tm，轮毂电机参考转矩为Tm0，纵向刚度为c，纵向刚度的摄动范围为[cmin,cmax]，容易发生打滑的车速区间为[Vmin,Vmax]，反馈控制律即反馈增益矩阵为Ki(Vx)，特定车速为Vxi；
在第二步中，第21步，建立弛豫车轮动力学模型具体包括如下模型，
Figure FDA0003795954420000012
其中，
Figure FDA0003795954420000021
为轮速值，
Figure FDA0003795954420000022
为车速转化到车轮上的角速度，Tm为轮毂电机转矩，Rw为车轮滚动半径，Fx为轮胎的纵向力，Fz为轮胎的垂向力，J1为车轮转动惯量，J2为车身绕y轴的转动惯量，λl为车轮瞬态滑移率，L为轮胎纵向松弛长度，Sgn为符号函数；
定义稳态滑移率λ
Figure FDA0003795954420000023
短时间内车速稳定，对模型(7)进行线简化得到公式(9)
Figure FDA0003795954420000024
为了跟踪最优滑移率，根据步骤一得到的最优滑移率λl0以及轮毂电机参考转矩Tm0，并定义eλl＝λl-λl0，eλ＝λ-λ0以及eTm＝Tm-Tm0，得到最终的误差模型
Figure FDA0003795954420000025
其中c的范围为[cmin,cmax]；
第22步，确定极点区域具体为，为了保证控制器的稳定性，极点必须在左半复平面D1中，
Figure FDA0003795954420000026
同时保证滑移率跟踪的平顺性，将极点限制在实轴附近，采用菱形区域对极限进行限制，其长轴的两个顶点坐标为(-q,0)和(p,0)，短边的夹角为2θ，记为D2
Figure FDA0003795954420000027
综合考虑两者要求，误差模型期望的极点区域为
D＝D1∩D2 (13)
其中∩为交集；
第二步中，采用鲁棒区域极点配置的方式将车轮动力学系统闭环极点配置在确定的极点区域内中，第23步，对每段系统设计鲁棒输出反馈极点配置控制器的方法包括，
第231步，为了降低计算鲁棒算法的保守性，首先对误差模型进行分段，以最优滑移率λl0为分段点，其对应的纵向刚度为0，对纵向刚度c的范围进行划分：
Figure FDA0003795954420000031
将纵向刚度表示为标准形式ci＝cmi+sΔci,s∈(-1,1)，并将误差模型写成状态空间表达式(15)，其中
Figure FDA0003795954420000032
Figure FDA0003795954420000033
第232步，对每段系统设计鲁棒输出反馈极点配置控制器，以瞬态滑移率λl为输出量，输出反馈控制律为
Figure FDA0003795954420000034
其中Cf＝[0,1]T，Ki(Vx)为车速Vx下的看反馈增益矩阵将输出反馈控制律带入原系统，得到闭环系统为
Figure FDA0003795954420000035
其中Aci(P)＝A0i(P)+BuKi(P)Cf；
第233步，驱动防滑控制器的目标是将闭环系统(17)的极点配置在第22步中定义的菱形区域内，为了方便算法实施，将闭环系统记为
Figure FDA0003795954420000036
其中，σmax为矩阵的奇异值，
存在反馈控制Ki(Vx)使得系统(18)的极点在第22步中定义的菱形区域内，等价于存在矩阵Xm,Xmn以及Wm(m＝1,2,3；n＝1,2,3)满足线性矩阵不等式
Figure FDA0003795954420000041
通过求解不等式得到不等式的解集为Xm，Xmn，Wm；
第224步，计算反馈增益矩阵Ki(Vx)，对解集Xm，Xmn，Wm做相应的变换可以得到：
Ki1＝W1(CfX1)-1,Ki2＝W2(CfX2)-1,Ki3＝(X3Bu)-1W3 (20)
反馈增益矩阵Ki(Vx)可以通过交集的方式(21)得到，
Ki(Vx)＝Ki1∩Ki2∩Ki3 (21)
其中，Ki(Vx)即为特定车速Vxi下的分段鲁棒极点配置控制器已经设计完成。
2.根据权利要求1所述的改善加速舒适性的轮毂电机驱动电动汽车强鲁棒自适应驱动防滑控制方法，其特征在于：
第一步信息的预处理中各个信息获取包括，
第11步，获取车轮瞬态滑移率，从CAN总线直接获取轮速值即为获取的车轮轮速信号传感器信号
Figure FDA0003795954420000042
并对其进行低通滤波处理，从车速信息由惯性测量单元获取当前的车速信息Vx，车轮瞬态滑移率为
Figure FDA0003795954420000043
其中，λl为车轮瞬态滑移率，Rw为车轮滚动半径，
Figure FDA0003795954420000044
为轮速值，Vx为车速信息，
Figure FDA0003795954420000045
车速转化到车轮上的角速度；
第12步，获取轮毂电机参考转矩，以路面附着系数μ为基准，通过查询表直接获取当前路面附着系数下的最优滑移率λl0，获得轮毂电机参考转矩为
Figure FDA0003795954420000051
其中，μ为路面附着系数，Fz为轮胎的垂向力，Rw为车轮滚动半径；
第13步，获取纵向刚度最大摄动范围，轮胎的纵向刚度为
Figure FDA0003795954420000052
对车轮瞬态滑移率λl求偏导，其中，Fx是轮胎的纵向力，
以驱动防滑系统介入的滑移率阈值作为滑移率下限
Figure FDA0003795954420000053
并考虑车轮的最大滑转程度选择滑移率
Figure FDA0003795954420000054
即得滑移率的可能范围为
Figure FDA0003795954420000055
根据轮胎力曲线，纵向刚度c一般随滑移率上升而递减，因此纵向刚度c的摄动范围为
Figure FDA0003795954420000056
考虑路面附着μ的影响，纵向刚度c的最大摄动范围为
Figure FDA0003795954420000057
第14步，获取车速区间[Vmin,Vmax]，根据轮毂电机的外特性曲线，轮毂电机转矩Tm随车轮轮速值
Figure FDA0003795954420000058
呈递减趋势，通过可能发生打滑的最小转矩Tmin查表得到最高车速Vmax，最小转矩Tmin为
Figure FDA0003795954420000059
3.根据权利要求2所述的改善加速舒适性的轮毂电机驱动电动汽车强鲁棒自适应驱动防滑控制方法，其特征在于：第三步中，具体包含以下，
第31步，建立基于车速Vx的线性参数摄动模型，具体的，
第311步，调度量P定义为：
Figure FDA00037959544200000510
根据第一步中定义的车速区间[Vmin,Vmax]，调度量P的四个顶点的坐标分别为
Figure FDA0003795954420000061
第322步，将状态空间表达式(15)表示为各个顶点Pi处各个系统的线性组合形式为
Figure FDA0003795954420000062
其中，αj(P)为权重系数，可以通过公式(25)计算：
Figure FDA0003795954420000063
第32步，采用增益调度算法的在线计算反馈控制律，具体的为，
第321步，根据第二步的算法，针对各个顶点Pi对应系统的反馈增益矩阵Ki(Pi)，
第322步，根据惯性测量单元测量的当前车速Vx，采用线性组合的方式计算当前车速下反馈增益矩阵Ki(P)，计算公式如(26)所示
Figure FDA0003795954420000064
其中，αj(P)为上一步定义的权重系数；
第33步，转矩控制信号的输出，驱动防滑控制器Tc的输出由前馈量和反馈量组成，其计算公式为：
Figure FDA0003795954420000065
其中，Ki(P)为当前车速下反馈增益矩阵，Tm0为轮毂电机参考转矩，
Figure FDA0003795954420000066
最后根据轮毂电机外特性曲线对驱动防滑控制器的输出转矩进行限制，得到最终输出的轮毂电机转矩Tm，
Figure FDA0003795954420000071
其中，n为电机转速，
将获得的轮毂电机转矩通过VCU经CAN总线发送给轮毂电机控制器。
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