CN117644855A - 基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法、装置、行车电脑及存储介质 - Google Patents
基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法、装置、行车电脑及存储介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法、装置、行车电脑及存储介质，涉及车辆控制领域。本方法根据车辆质心侧偏角‑质心侧偏角速度来判断车辆的稳定性，当车辆位于所述稳定区域以内时，车辆的转矩分配由节能转矩分配器控制，此时以最小化电机能量损失为控制目标；当车辆状态位于稳定区域以外时，车辆的转矩分配由横摆力矩控制器控制，以产生合适的附加横摆力矩以及最小化轮胎利用率来维持车辆稳定；当车辆状态从稳定区域向不稳定区域移动时，且车辆状态超出所述稳定边界线时，转矩分配变为横摆力矩控制器控制；当车辆状态从不稳定区域向稳定区域移动时，且车辆状态进入节能边界线以内，转矩分配变为节能转矩分配器控制。
Description
技术领域
本发明涉及车辆控制领域，尤其涉及一种基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法、装置、行车电脑及存储介质。
背景技术
随着汽车领域的迅速发展以及人们环保意识的不断提高，人们不仅对车辆的安全稳定行要求越来越高，同时也对汽车节能效果提出了更高的要求，然而在车辆运行过程中，往往很难同时兼顾车辆的节能性和操纵稳定性，随着四轮独立驱动电动汽车的蓬勃发展，车轮间的转矩分配已实现解耦，如何控制各个车轮的扭矩达到最佳的节能效果并保持良好的操纵稳定性具有良好的前景，因此提出一种可以在节能性和操纵稳定性之间协调控制的策略显得尤为重要。
发明内容
发明目的：提出一种基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法、装置、行车电脑及存储介质，以解决现有技术存在的上述问题。
第一方面，提出一种基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法，步骤如下：
S1、以质心侧偏角和横摆角速度作为状态变量，建立车辆二自由度模型，所述车辆二自由度模型反应当前车辆状态；
S2、输入当前车速和当前前轮转角，得到质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面，并确定所述相平面的稳定区域、不稳定区域和节能区域，其中所述节能区域位于所述稳定区域以内；
S3、行车电脑计算得到上一时刻的车辆状态，判断所述上一时刻的车辆状态所在区域：
若位于所述节能区域，跳转步骤S5；
否则，跳转步骤S4；
S4、行车电脑判断当前时刻的车辆状态是否在所述稳定区域以内：
若是，进入步骤S6；
若否，则反馈至横摆力矩控制器，进入步骤S7；
S5、行车电脑判断当前时刻的车辆状态是否在所述稳定区域以内：
若是，则反馈至节能转矩分配器，进入步骤S7；
若否，则反馈至横摆力矩控制器，进入步骤S8；
S6、行车电脑判断当前时刻的车辆横摆力矩控制器是否开启：
若是，则反馈至横摆力矩控制器，进入步骤S8；
若否，则反馈至节能转矩分配器，进入步骤S7；
S7、由所述节能转矩分配器根据当前电机转速，得到最优转矩分配系数，根据所述最优转矩最优分配系数，将驾驶员需求扭矩分配至各个车轮；
S8、由所述横摆力矩控制器计算得到附加横摆力矩，根据所述附加横摆力矩，将驾驶员需求扭矩分配至各个车轮。
在第一方面进一步的实施例中，步骤S1中所述车辆二自由度模型表达式如下：
式中，表示前轮转角；表示横摆角速度；表示质心侧偏角；表示横摆角加速
度；表示质心侧偏角速度；表示车速；表示车辆质心到前轴的距离，表示车辆质心
到后轴的距离；表示前轴侧偏刚度；表示后轴侧偏刚度；m表示车身质量；表示车辆绕Z
轴的转动惯量。
在第一方面进一步的实施例中，步骤S2进一步包括：
S2-1、根据车辆传感器测得的纵向车速和侧向车速，计算得到质心侧偏角：
基于所述质心侧偏角，代入所述车辆二自由度模型表达式，得到质心侧偏角速度；
S2-2、确定质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面的稳定边界线和节能边界线：
所述稳定边界线的数学模型为：
式中，A为稳定边界线的斜率，依据不同路面附着系数确定；B为稳定边界线的截距，依据不同路面附着系数确定；
所述节能边界线的数学模型为：
式中，C为节能边界线的斜率，且C=A；D为节能边界线的截距，D=0.6*B；
S2-3、基于所述稳定边界线和节能边界线，两条所述稳定边界线包围的区域为稳定区域，两条所述节能边界线包围的区域为节能区域；所述节能区域包含于所述稳定区域。
在第一方面进一步的实施例中，该车辆节能稳定协调控制方法执行如下策略：
当车辆位于所述节能区域以内时，车辆的转矩分配由节能转矩分配器控制，此时以最小化电机能量损失为控制目标；
当车辆状态位于稳定区域以外时，车辆的转矩分配由横摆力矩控制器控制，以产生合适的附加横摆力矩以及最小化轮胎利用率来维持车辆稳定；
当车辆状态从节能区域向稳定区域移动时，且车辆状态未超出所述稳定边界线时，转矩分配仍以最小化电机能量损失为控制目标；
当车辆状态从稳定区域向不稳定区域移动时，且车辆状态超出所述稳定边界线时，转矩分配变为横摆力矩控制器控制；
当车辆状态从不稳定区域向稳定区域移动时，且车辆状态未进入节能边界线以内，转矩分配仍为横摆力矩控制器控制；
当车辆状态从不稳定区域向稳定区域移动时，且车辆状态进入节能边界线以内，转矩分配变为节能转矩分配器控制。
在第一方面进一步的实施例中，步骤S7进一步包括：
所述节能转矩分配器根据电机效率图，以最小化电机能量损失为优化目标，
得到不同转速和转矩下的最优转矩分配系数：
式中，表示车轮索引，1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示
右后轮；表示第i个车轮上的电机功率；为第i个车轮转速，表示为各个车轮轮毂电机
驱动转矩，包括左前轮转矩、右前轮转矩、左后轮转矩、右后轮转矩；表示单个车
轮电机效率，由电机效率图得到；表示最小化四个车轮电机功率；
此时四个车轮所分配的转矩如下：
式中，、、、分别为四个车轮转矩分配系数，；表示
驾驶员需求转矩。
在第一方面进一步的实施例中，步骤S8中所述附加横摆力矩的表达式如下：
式中，表示车辆绕Z轴的转动惯量；表示后轴侧偏刚度；表示前轴侧偏刚度；表示实际质心侧偏角与理想质心侧偏角之差的导数；表示实际横摆角速度与理想横摆
角速度之差的导数；表示趋近律常数；表示符号函数；表示误差与误差变化率之
间的相对权重系数。
在第一方面进一步的实施例中，横摆力矩控制器在得到所述附加横摆力矩和
驾驶员需求扭矩T后，计算四个车轮实际输出扭矩，如下：
以最小轮胎利用率为优化目标，同时由于轮毂电机只能控制纵向力，构建得到目
标函数：
式中，为各个车轮轮毂电机纵向驱动力，为各个车轮的路面附着系数，
为各个车轮垂直载荷；
其中各个车轮轮毂电机纵向驱动力；
为各个车轮轮毂电机驱动转矩，包括左前轮转矩、右前轮转矩、左后轮转矩、右后轮转矩；r表示车轮滚动半径；
此时四个车轮所分配的转矩如下：
式中，T表示驾驶员需求扭矩；表示附加横摆力矩；r表示车轮滚动半径；Bw表示
车轮轮距；表示左后轮的路面附着系数；表示右后轮的路面附着系数；表示左后
轮的垂直载荷；表示右后轮的垂直载荷；表示左前轮的垂直载荷；表示右前轮
的垂直载荷。
本发明的第二个方面，提出一种车辆节能稳定协调控制装置，该控制装置包括节能转矩分配器、横摆力矩控制器、节能稳定协调控制器。
所述节能稳定协调控制器用于构建质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面，并确定所述相平面的稳定边界线和节能边界线；基于所述稳定边界线和节能边界线，两条所述稳定边界线包围的区域为稳定区域，两条所述节能边界线包围的区域为节能区域；所述节能区域包含于所述稳定区域。
当车辆位于所述节能区域以内时，车辆的转矩分配由所述节能转矩分配器控制，此时以最小化电机能量损失为控制目标；
当车辆状态位于稳定区域以外时，车辆的转矩分配由所述横摆力矩控制器控制，以产生合适的附加横摆力矩以及最小化轮胎利用率来维持车辆稳定；
当车辆状态从节能区域向稳定区域移动时，且车辆状态未超出所述稳定边界线时，转矩分配仍以最小化电机能量损失为控制目标；
当车辆状态从稳定区域向不稳定区域移动时，且车辆状态超出所述稳定边界线时，转矩分配变为所述横摆力矩控制器控制；
当车辆状态从不稳定区域向稳定区域移动时，且车辆状态未进入节能边界线以内，转矩分配仍为所述横摆力矩控制器控制；
当车辆状态从不稳定区域向稳定区域移动时，且车辆状态进入节能边界线以内，转矩分配变为所述节能转矩分配器控制。
本发明的第三个方面，提出一种行车电脑，该行车电脑包括处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如第一方面及其进一步的实施例所公开的基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法。
本发明的第四个方面，提出一种计算机可读存储介质，该存储介质中存储有至少一个可执行指令，所述可执行指令在电子设备上运行时，使得电子设备执行如第一方面及其进一步的实施例所公开的基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法。
有益效果：本发明提供了一种基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法、装置、行车电脑及存储介质，通过以上控制策略可以实现车辆在行驶过程中实时切换转矩控制策略，在保持车辆的稳定性的同时提高能量利用效率，以实现兼顾车辆稳定性和节能性的控制效果。
附图说明
图1是本发明实施例中车辆节能稳定协调控制方法的流程图。
图2是本发明实施例中车辆节能稳定协调控制装置的架构图。
图3是本发明实施例中质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
实施例1：
本实施例公开一种基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法，整体来说，本方法根据车辆质心侧偏角-质心侧偏角速度来判断车辆的稳定性，当车辆位于节能区域以内时，车辆的转矩分配由节能转矩分配器控制，此时以最小化电机能量损失为控制目标；当车辆状态位于稳定区域以外时，车辆的转矩分配由横摆力矩控制器控制，以产生合适的附加横摆力矩以及最小化轮胎利用率来维持车辆稳定；当车辆状态从节能区域向稳定区域移动时，且车辆状态未超出稳定边界线时，转矩分配仍以最小化电机能量损失为控制目标；当车辆状态从稳定区域向不稳定区域移动时，且车辆状态超出稳定边界线时，转矩分配变为横摆力矩控制器控制；当车辆状态从不稳定区域向稳定区域移动时，且车辆状态未进入节能边界线以内，转矩分配仍为横摆力矩控制器控制；当车辆状态从不稳定区域向稳定区域移动时，且车辆状态进入节能边界线以内，转矩分配变为节能转矩分配器控制。
实施例2：
为实现上述实施例1所公开的方法，本实施例公开具体步骤，见图1所示：
步骤1、以质心侧偏角和横摆角速度作为状态变量，建立车辆二自由度模型，该车辆二自由度模型反应当前车辆状态。
车辆二自由度模型的数学表达式如下：
式中，表示前轮转角；表示横摆角速度；表示质心侧偏角；表示横摆角加速
度；表示质心侧偏角速度；表示车速；表示车辆质心到前轴的距离，表示车辆质心
到后轴的距离；表示前轴侧偏刚度；表示后轴侧偏刚度；m表示车身质量；表示车辆绕Z
轴的转动惯量。
步骤2、输入当前车速和当前前轮转角，得到质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面，并确定所述相平面的稳定区域、不稳定区域和节能区域，其中所述节能区域位于所述稳定区域以内，具体过程如下：
首先根据车辆传感器测得的纵向车速和侧向车速，计算得到质心侧偏角：
基于所述质心侧偏角，代入所述车辆二自由度模型表达式，得到质心侧偏角速度；
接着确定质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面的稳定边界线和节能边界线：
所述稳定边界线的数学模型为：
式中，A为稳定边界线的斜率，依据不同路面附着系数确定；B为稳定边界线的截距，如图3中虚线所示；
不同路面附着系数相平面稳定边界参数如表1所示。
表1：不同路面附着系数相平面稳定边界参数表
所述节能边界线的数学模型为：
式中，C为节能边界线的斜率，且C=A；D为节能边界线的截距，D=0.6*B，如图3中实线所示。
基于所述稳定边界线和节能边界线，两条所述稳定边界线包围的区域为稳定区域，两条所述节能边界线包围的区域为节能区域；所述节能区域包含于所述稳定区域。
步骤3、行车电脑计算得到上一时刻的车辆状态，判断所述上一时刻的车辆状态所在区域：若位于所述节能区域，跳转步骤5；否则，跳转步骤4。
步骤4、行车电脑判断当前时刻的车辆状态是否在所述稳定区域以内：若是，进入步骤6；若否，则反馈至横摆力矩控制器，进入步骤7。
步骤5、行车电脑判断当前时刻的车辆状态是否在所述稳定区域以内：若是，则反馈至节能转矩分配器，进入步骤7；若否，则反馈至横摆力矩控制器，进入步骤8。
步骤6、行车电脑判断当前时刻的车辆横摆力矩控制器是否开启：若是，则反馈至横摆力矩控制器，进入步骤8；若否，则反馈至节能转矩分配器，进入步骤7。
步骤7、由所述节能转矩分配器根据当前电机转速，得到最优转矩分配系数，根据所述最优转矩最优分配系数，将驾驶员需求扭矩分配至各个车轮。
具体来说，节能转矩分配器的工作策略如下：
节能转矩分配器根据电机效率图，以最小化电机能量损失为优化目标，得到
不同转速和转矩下的最优转矩分配系数：
式中，表示车轮索引，1表示左前轮，2表示右前轮，3表示左后轮，4表示
右后轮；为第i个车轮转速，表示为各个车轮轮毂电机驱动转矩，包括左前轮转矩、右
前轮转矩、左后轮转矩、右后轮转矩；表示单个车轮电机功率；表示单个车轮电
机效率，由电机效率图得到；表示最小化四个车轮电机功率。
此时四个车轮所分配的转矩如下：
式中，、、、分别为四个车轮转矩分配系数，；表示
驾驶员需求转矩。
步骤8、由所述横摆力矩控制器计算得到附加横摆力矩，根据所述附加横摆力矩，将驾驶员需求扭矩分配至各个车轮。
横摆力矩控制器的工作策略如下：
由于分布式驱动电动汽车四个电机独立可控，通过转矩矢量分配可产生附加横摆力矩，二自由度模型微分方程可写为：
式中，表示前轮转角；表示横摆角速度；表示质心侧偏角；表示横摆角加速
度；表示质心侧偏角速度；表示车速；表示车辆质心到前轴的距离，表示车辆质心
到后轴的距离；表示前轴侧偏刚度；表示后轴侧偏刚度；m表示车身质量；表示车辆绕Z
轴的转动惯量；表示附加横摆力矩。
推出附加横摆力矩为：
式中，表示车辆绕Z轴的转动惯量；表示后轴侧偏刚度；表示前轴侧偏刚度；表示实际质心侧偏角与理想质心侧偏角之差的导数；表示实际横摆角速度与理想横摆
角速度之差的导数；表示趋近律常数，该参数表明系统的状态点以何种速率趋近滑模
面；表示符号函数；表示误差与误差变化率之间的相对权重系数。
横摆力矩控制器在得到所述附加横摆力矩和驾驶员需求扭矩T后，计算四个车
轮实际输出扭矩，如下：
以最小轮胎利用率为优化目标，同时由于轮毂电机只能控制纵向力，构建得到目
标函数：
式中，为各个车轮轮毂电机纵向驱动力，为各个车轮的路面附着系数，
为各个车轮垂直载荷；
其中各个车轮轮毂电机纵向驱动力；
为各个车轮轮毂电机驱动转矩，包括左前轮转矩、右前轮转矩、左后轮转矩、右后轮转矩；r表示车轮滚动半径；
此时四个车轮所分配的转矩如下：
式中，T表示驾驶员需求扭矩；表示附加横摆力矩；r表示车轮滚动半径；Bw表示
车轮轮距；表示左后轮的路面附着系数；表示右后轮的路面附着系数；表示左后
轮的垂直载荷；表示右后轮的垂直载荷；表示左前轮的垂直载荷；表示右前轮
的垂直载荷。
实施例3：
本实施例公开一种车辆节能稳定协调控制装置，见图2所示。该装置包括节能转矩分配器、横摆力矩控制器、节能稳定协调控制器。
所述节能稳定协调控制器用于构建质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面，并确定所述相平面的稳定边界线和节能边界线；基于所述稳定边界线和节能边界线，两条所述稳定边界线包围的区域为稳定区域，两条所述节能边界线包围的区域为节能区域；所述节能区域包含于所述稳定区域；当车辆位于所述节能区域以内时，车辆的转矩分配由节能转矩分配器控制，此时以最小化电机能量损失为控制目标；当车辆状态位于稳定区域以外时，车辆的转矩分配由横摆力矩控制器控制，以产生合适的附加横摆力矩以及最小化轮胎利用率来维持车辆稳定；当车辆状态从节能区域向稳定区域移动时，且车辆状态未超出所述稳定边界线时，转矩分配仍以最小化电机能量损失为控制目标；当车辆状态从稳定区域向不稳定区域移动时，且车辆状态超出所述稳定边界线时，转矩分配变为横摆力矩控制器控制；当车辆状态从不稳定区域向稳定区域移动时，且车辆状态未进入节能边界线以内，转矩分配仍为横摆力矩控制器控制；当车辆状态从不稳定区域向稳定区域移动时，且车辆状态进入节能边界线以内，转矩分配变为节能转矩分配器控制。
实施例4：
本实施例公开一种行车电脑ECU，该行车电脑ECU包括处理器、存储器、通信接口和通信总线。处理器、存储器和通信接口通过通信总线完成相互间的通信。存储器用于存放至少一可执行指令，可执行指令使所述处理器执行上述实施例所公开的车辆节能稳定协调控制方法。电子设备也可以与一个或多个外部设备 (例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备交互的设备通信，和/或与使得该电子设备能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口进行。并且，电子设备还可以通过网络适配器与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器通过总线与电子设备的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。
Claims (10)
1.基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：以质心侧偏角和横摆角速度作为状态变量，建立车辆二自由度模型，所述车辆二自由度模型反应当前车辆状态；
S2：输入当前车速和当前前轮转角，得到质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面，并确定所述相平面的稳定区域、不稳定区域和节能区域，其中所述节能区域位于所述稳定区域以内；
S3：行车电脑计算得到上一时刻的车辆状态，判断所述上一时刻的车辆状态所在区域：
若位于所述节能区域，跳转步骤S5；
否则，跳转步骤S4；
S4：行车电脑判断当前时刻的车辆状态是否在所述稳定区域以内：
若是，进入步骤S6；
若否，则反馈至横摆力矩控制器，进入步骤S7；
S5：行车电脑判断当前时刻的车辆状态是否在所述稳定区域以内：
若是，则反馈至节能转矩分配器，进入步骤S7；
若否，则反馈至横摆力矩控制器，进入步骤S8；
S6：行车电脑判断当前时刻的车辆横摆力矩控制器是否开启：
若是，则反馈至横摆力矩控制器，进入步骤S8；
若否，则反馈至节能转矩分配器，进入步骤S7；
S7：由所述节能转矩分配器根据当前电机转速，得到最优转矩分配系数，根据所述最优转矩最优分配系数，将驾驶员需求扭矩分配至各个车轮；
S8：由所述横摆力矩控制器计算得到附加横摆力矩，根据所述附加横摆力矩，将驾驶员需求扭矩分配至各个车轮。
2.根据权利要求1所述的基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法，其特征在于，步骤S1中所述车辆二自由度模型表达式如下：
；
式中，表示前轮转角；/>表示横摆角速度；/>表示质心侧偏角；/>表示横摆角加速度；/>表示质心侧偏角速度；/>表示纵向车速；/>表示车辆质心到前轴的距离，/>表示车辆质心到后轴的距离；/>表示前轴侧偏刚度；/>表示后轴侧偏刚度；m表示车身质量；/>表示车辆绕Z轴的转动惯量。
3.根据权利要求2所述的基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：
S2-1：根据车辆传感器测得的纵向车速和侧向车速/>，计算得到质心侧偏角/>：
；
基于所述质心侧偏角，代入所述车辆二自由度模型表达式，得到质心侧偏角速度/>；
S2-2：确定质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面的稳定边界线和节能边界线：
所述稳定边界线的数学模型为：
；
式中，A为稳定边界线的斜率，依据不同路面附着系数确定；B为稳定边界线的截距，依据不同路面附着系数确定；
所述节能边界线的数学模型为：
；
式中，C为节能边界线的斜率，且C=A；D为节能边界线的截距，D=0.6*B；
S2-3：基于所述稳定边界线和节能边界线，两条所述稳定边界线包围的区域为稳定区域，两条所述节能边界线包围的区域为节能区域；所述节能区域包含于所述稳定区域。
4.根据权利要求3所述的基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法，其特征在于：
当车辆位于所述节能区域以内时，车辆的转矩分配由节能转矩分配器控制，此时以最小化电机能量损失为控制目标；
当车辆状态位于稳定区域以外时，车辆的转矩分配由横摆力矩控制器控制，以产生合适的附加横摆力矩以及最小化轮胎利用率来维持车辆稳定；
当车辆状态从节能区域向稳定区域移动时，且车辆状态未超出所述稳定边界线时，转矩分配仍以最小化电机能量损失为控制目标；
当车辆状态从稳定区域向不稳定区域移动时，且车辆状态超出所述稳定边界线时，转矩分配变为横摆力矩控制器控制；
当车辆状态从不稳定区域向稳定区域移动时，且车辆状态未进入节能边界线以内，转矩分配仍为横摆力矩控制器控制；
当车辆状态从不稳定区域向稳定区域移动时，且车辆状态进入节能边界线以内，转矩分配变为节能转矩分配器控制。
5.根据权利要求2所述的基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法，其特征在于，步骤S7进一步包括：
所述节能转矩分配器根据电机效率图，以最小化电机能量损失为优化目标，得到不同转速和转矩下的最优转矩分配系数：
；
式中，表示第i个车轮上的电机功率；/>为第i个车轮转速，/>表示为各个车轮轮毂电机驱动转矩，包括左前轮转矩/>、右前轮转矩/>、左后轮转矩/>、右后轮转矩/>；/>表示单个车轮电机效率，由电机效率图得到；/>表示最小化四个车轮电机功率；
此时四个车轮所分配的转矩如下：
；
式中，、/>、/>、/>分别为四个车轮转矩分配系数，/>；/>表示驾驶员需求转矩。
6.根据权利要求2所述的基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法，其特征在于，步骤S8中所述附加横摆力矩的表达式如下：
；
式中，表示车辆绕Z轴的转动惯量；/>表示后轴侧偏刚度；/>表示前轴侧偏刚度；/>表示实际质心侧偏角与理想质心侧偏角之差的导数；/>表示实际横摆角速度与理想横摆角速度之差的导数；/>表示趋近律常数；/>表示符号函数；/>表示误差与误差变化率之间的相对权重系数。
7.根据权利要求6所述的基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法，其特征在于，横摆力矩控制器在得到所述附加横摆力矩和驾驶员需求扭矩T后，计算四个车轮实际输出扭矩，如下：
以最小轮胎利用率为优化目标，同时由于轮毂电机只能控制纵向驱动力，构建得到目标函数：
；
式中，为各个车轮轮毂电机纵向驱动力，/>为各个车轮的路面附着系数，/>为各个车轮垂直载荷；
其中各个车轮轮毂电机纵向驱动力；
为各个车轮轮毂电机驱动转矩，包括左前轮转矩/>、右前轮转矩/>、左后轮转矩/>、右后轮转矩/>；r表示车轮滚动半径；
此时四个车轮所分配的转矩如下：
；
式中，T表示驾驶员需求扭矩；表示附加横摆力矩；r表示车轮滚动半径；Bw表示车轮轮距；/>表示左后轮的路面附着系数；/>表示右后轮的路面附着系数；/>表示左前轮的路面附着系数；/>表示右前轮的路面附着系数；/>表示左后轮的垂直载荷；/>表示右后轮的垂直载荷；/>表示左前轮的垂直载荷；/>表示右前轮的垂直载荷。
8.一种车辆节能稳定协调控制装置，其特征在于，包括节能转矩分配器、横摆力矩控制器、节能稳定协调控制器；
所述节能稳定协调控制器用于构建质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面，并确定所述相平面的稳定边界线和节能边界线；基于所述稳定边界线和节能边界线，两条所述稳定边界线包围的区域为稳定区域，两条所述节能边界线包围的区域为节能区域；所述节能区域包含于所述稳定区域；
当车辆位于所述节能区域以内时，车辆的转矩分配由所述节能转矩分配器控制，此时以最小化电机能量损失为控制目标；
当车辆状态位于稳定区域以外时，车辆的转矩分配由所述横摆力矩控制器控制，以产生合适的附加横摆力矩以及最小化轮胎利用率来维持车辆稳定；
当车辆状态从节能区域向稳定区域移动时，且车辆状态未超出所述稳定边界线时，转矩分配仍以最小化电机能量损失为控制目标；
当车辆状态从稳定区域向不稳定区域移动时，且车辆状态超出所述稳定边界线时，转矩分配变为所述横摆力矩控制器控制；
当车辆状态从不稳定区域向稳定区域移动时，且车辆状态未进入节能边界线以内，转矩分配仍为所述横摆力矩控制器控制；
当车辆状态从不稳定区域向稳定区域移动时，且车辆状态进入节能边界线以内，转矩分配变为所述节能转矩分配器控制。
9.一种行车电脑，其特征在于，所述行车电脑包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一个可执行指令，所述可执行指令在电子设备上运行时，使得电子设备执行如权利要求1至7中任一项所述的基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410102902.XA CN117644855A (zh) | 2024-01-25 | 2024-01-25 | 基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法、装置、行车电脑及存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410102902.XA CN117644855A (zh) | 2024-01-25 | 2024-01-25 | 基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法、装置、行车电脑及存储介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117644855A true CN117644855A (zh) | 2024-03-05 |
Family
ID=90045355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410102902.XA Pending CN117644855A (zh) | 2024-01-25 | 2024-01-25 | 基于相平面的车辆节能稳定协调控制方法、装置、行车电脑及存储介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117644855A (zh) |
-
2024
- 2024-01-25 CN CN202410102902.XA patent/CN117644855A/zh active Pending
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