一种基于滑移率的四驱电动汽车转矩控制分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于滑移率的四驱电动汽车转矩控制分配方法，针对四驱电动汽车，进行滑移率计算和轮胎力控制分配，然后根据滑移率判断轮胎是否处于稳定状态，若汽车处于稳定状态，则通过轮胎逆模型求解目标滑移率，进行滑移率控制，实现车轮转矩分配；若汽车处于不稳定状态，则利用滑模极值搜索算法控制车轮转矩，实现最优滑移率和最大轮胎力。该方法考虑轮胎的动力学特性，基于滑移率对轮胎力进行准确控制，同时能够防止车轮滑移率过大，出现车轮抱死或滑转，有效提高四驱电动汽车的动力学安全性能。

Torque control allocation method for four wheel drive electric vehicle based on slip ratio

The invention discloses a torque control allocation method for four-drive electric vehicle based on slip ratio. For four-drive electric vehicle, the slip ratio calculation and tire force control allocation are carried out, and then the tire is judged to be in a stable state according to the slip ratio. If the vehicle is in a stable state, the target slip ratio is solved by the tire inverse model. If the vehicle is in an unstable state, the sliding mode extremum search algorithm is used to control the wheel torque to achieve the optimal slip rate and maximum tire force. This method considers the dynamic characteristics of the tire, and controls the tire force accurately based on the slip rate. At the same time, it can prevent the wheel slip rate from being too large, and the wheel lock or slip occurs, thus effectively improving the dynamic safety performance of the four-wheel drive electric vehicle.

【技术实现步骤摘要】
一种基于滑移率的四驱电动汽车转矩控制分配方法
本专利技术涉及车辆动力学控制领域，特别是一种基于滑移率的四驱电动汽车转矩控制分配方法。
技术介绍
基于轮毂电机的四轮独立驱动电动汽车，四个车轮转矩独立可控，可以通过转矩控制分配提高车辆的动力学性能，增加了动力学控制自由度。此外电机既可以进行驱动，也可以进行制动，相比于传统内燃机和液压制动系统，其转矩响应速度和控制精度都较高，有利于改善动力学控制系统的性能。因此，四轮独立驱动电动汽车在动力学控制方面具有明显的优势，近年来逐渐成为一个研究热点。车轮转矩控制分配是四驱电动汽车动力学控制的一个重要方面，目前关于转矩控制分配的研究，主要包括安全和节能两方面的优化目标，如以稳定性控制广义力跟踪误差、轮胎力利用附着系数等表示安全性控制指标，以驱动系统能量效率表示节能指标。然后利用最优化控制方法，得到各个车轮的期望轮胎力，然后通过车轮半径得到期望车轮转矩，作为执行器的输入指令，实现动力学控制。在车轮转矩控制分配中，车轮转矩通过轮胎的动力学特性，才可以得到期望轮胎力，因此轮胎的动力学特性不可忽视。而目前关于车轮转矩分配的研究中，主要侧重在轮胎力的控制分配阶段，通过控制车轮转矩实现轮胎力过程通常被忽略。而轮胎力控制的一个主要参量就是滑移率，因此，基于滑移率控制，考虑轮胎的动力学特性，进行四驱电动汽车的转矩控制分配具有重要意义。同时，滑移率控制过程中，需要防止车轮滑移率过大，出现车轮抱死或滑转，影响车辆安全性。这也对目前的基于滑移率的控制带来了挑战。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种新型的四驱电动汽车转矩控制分配方法，该方法考虑轮胎的动力学特性，基于滑移率对轮胎力进行准确控制，同时能够防止车轮滑移率过大，出现车轮抱死或滑转，有效提高四驱电动汽车的动力学安全性能。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：一种基于滑移率的四驱电动汽车转矩控制分配方法，其特征在于包括如下主要步骤：S1：车辆运行过程中采集加速、制动和方向盘转角信号，得到汽车的实际滑移率和纵向力需求，根据约束条件，进行轮胎力控制分配，得到期望轮胎力；S2：根据汽车实际滑移率判定汽车的稳定状态；S3：根据汽车的稳定状态，选择控制方法：若汽车处于稳定状态，则将期望轮胎力作为目标滑移率求解模块的输入信号，利用轮胎逆模型求解目标滑移率，然后通过反馈闭环控制使滑移率在安全约束范围内，实现目标滑移率，得到各个车轮的转矩输入，将车轮转矩输入分配给车辆执行器；若汽车处于不稳定状态，则利用滑模极值搜索控制搜索出最佳滑移率，并通过控制得到各个车轮的转矩输入，将车轮转矩输入分配给车辆执行器，使实际滑移率保持在最优滑移率附近；S4：电机和液压执行器对得到的需求转矩输入快速响应，输出实际的电机转矩和制动转矩，并将实际输入信息反馈给车辆。进一步的，步骤S1中，轮胎力控制分配时，将轮胎滑移率功率损耗最小作为优化目标，同时考虑执行器的静态约束，决策四个车轮的期望轮胎力。进一步的，步骤S1中，将轮胎滑移功率损耗最小作为优化目标：同时满足约束条件：其中P为轮胎的滑移功率损耗，Fxid为第i个车轮的目标轮胎力，Vx为纵向车速，Sxi为第i个车轮实际纵向滑移率，Fx为汽车总的纵向力。进一步的，步骤S2中，根据汽车实际滑移率判断汽车的稳定状态，设定某一个滑移率作为门限值，若实际滑移率大于门限值，则判定此时汽车处于不稳定状态；反之，若实际滑移率小于或等于门限值，则判定此时汽车处于稳定状态。进一步的，步骤S3中，若汽车处于稳定状态，在将轮胎力控制分配后，利用目标滑移率求解模块，推导出轮胎逆模型，将期望轮胎力转化目标滑移率其中表示第i个车轮目标纵向滑移率，CSi分别为第i个车轮的滑移刚度，μ为路面附着系数，Fyid为第i个车轮的期望侧向力，Fzid为第i个车轮的期望载荷。进一步的，步骤S3中，求出目标滑移率之后，建立被控对象模型和滑模控制器，实现标的目标滑移率控制，最终得到各个车轮的转矩输入。进一步的，步骤S3中，若汽车处于不稳定状态，则利用滑模极值搜索控制模块，通过在线不断的搜寻“轮胎纵向力--滑移率”曲线的极大值点，此极大值点即为最优滑移率然后通过控制使实际滑移率保持在最优滑移率附近。进一步的，步骤S4中，将车轮转矩输入分配给车辆电机和液压制动系统，输出实际的电机转矩和制动转矩。综上，本专利技术公开了一种四驱电动汽车转矩控制分配方法，针对四驱电动汽车，进行轮胎力控制分配，然后根据滑移率判断轮胎是否处于稳定状态，考虑轮胎的动力学特性，若汽车处于稳定状态，则通过轮胎逆模型求解目标滑移率，进行滑移率控制，实现车轮转矩分配；若汽车处于不稳定状态，则利用滑模极值搜索算法控制车轮转矩，使滑移率保持在最优滑移率附近。包括轮胎力控制分配、稳定性判断、目标滑移率求解、滑移率控制、滑模极值搜索控制五个模块。其中：1)轮胎力控制分配模块，是以轮胎滑移功率损耗最小作为优化目标，决策四个车轮的期望轮胎力，作为目标滑移率求解模块的输入信号；2)稳定性判断模块，是根据实际滑移率和设定的滑移率门限值来判断汽车是否处于稳定状态。3)目标滑移率求解模块，是汽车处于稳定状态时，根据期望轮胎力，利用轮胎逆模型求解目标滑移率，作为滑移率控制模块的控制目标；4)滑移率控制模块，是通过反馈闭环控制使滑移率在安全约束范围内，实现目标滑移率，得到各个车轮的转矩输入；5)滑模极值搜索控制模块，是汽车处于不稳定状态时，利用滑模极值搜索控制方法控制车轮转矩，实现最大轮胎力和最优滑移率。本专利技术考虑轮胎的动力学特性，基于滑移率约束控制实现转矩控制分配，可以有效提高车辆的动力学安全性。本专利技术与现有技术相比具有以下主要的优点：其一，考虑轮胎的动力学特性，在进行轮胎力控制分配后，进行滑移率控制，并考虑轮胎的没滑移状态。汽车处于稳定状态时利用轮胎逆模型求解目标滑移率，并进行滑移率控制，此方法能更加准确的进行车轮转矩分配。其二，在汽车处于不稳定状态进行滑移率控制时，利用滑模极值搜索方法确定最优滑移率和最大轮胎力，防止车轮滑转和抱死，保证车轮转矩分配的安全性。附图说明图1是根据本专利技术实施的基于滑移率的四驱电动汽车转矩控制分配方法所涉及的四驱电动汽车转矩控制系统结构框图流程图；图2是本专利技术所用的滑模极值搜索方法基于的轮胎纵向力特性；图3是本专利技术滑模极值搜索算法原理图。具体实施方式本专利技术针对四驱电动汽车，进行滑移率计算和轮胎力控制分配，然后根据滑移率判断轮胎是否处于稳定状态，若汽车处于稳定状态，则通过轮胎逆模型求解目标滑移率，进行滑移率控制，实现车轮转矩分配；若汽车处于不稳定状态，则利用滑模极值搜索算法控制车轮转矩，实现最优滑移率和最大轮胎力。包括轮胎力控制分配、稳定性判断、目标滑移率求解、滑移率控制、滑模极值搜索控制五个模块。其中：1)轮胎力控制分配模块，是以轮胎滑移功率损耗最小作为优化目标，决策四个车轮的期望轮胎力，作为目标滑移率求解模块的输入信号；2)稳定性判断模块，是根据实际滑移率和设定的滑移率门限值来判断汽车是否处于稳定状态。3)目标滑移率求解模块，是汽车处于稳定状态时，根据期望轮胎力，利用轮胎逆模型求解目标滑移率，作为滑移率控制模块的控制目标；4)滑移率控制模块，是通过反馈闭环控制使滑移率在安全约束范围内，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于滑移率的四驱电动汽车转矩控制分配方法，其特征在于包括如下主要步骤：S1：车辆运行过程中采集加速、制动和方向盘转角信号，得到汽车的实际滑移率和纵向力需求，根据约束条件，进行轮胎力控制分配，得到期望轮胎力；S2：根据汽车实际滑移率判定汽车的稳定状态；S3：根据汽车的稳定状态，选择控制方法：若汽车处于稳定状态，则将期望轮胎力作为目标滑移率求解模块的输入信号，利用轮胎逆模型求解目标滑移率，然后通过反馈闭环控制使滑移率在安全约束范围内，实现目标滑移率，得到各个车轮的转矩输入，将车轮转矩输入分配给车辆执行器；若汽车处于不稳定状态，则利用滑模极值搜索控制搜索出最佳滑移率，并通过控制得到各个车轮的转矩输入，将车轮转矩输入分配给车辆执行器，使实际滑移率保持在最优滑移率附近；S4：电机和液压执行器对得到的需求转矩输入快速响应，输出实际的电机转矩和制动转矩，并将实际输入信息反馈给车辆。

【技术特征摘要】
1.一种基于滑移率的四驱电动汽车转矩控制分配方法，其特征在于包括如下主要步骤：S1：车辆运行过程中采集加速、制动和方向盘转角信号，得到汽车的实际滑移率和纵向力需求，根据约束条件，进行轮胎力控制分配，得到期望轮胎力；S2：根据汽车实际滑移率判定汽车的稳定状态；S3：根据汽车的稳定状态，选择控制方法：若汽车处于稳定状态，则将期望轮胎力作为目标滑移率求解模块的输入信号，利用轮胎逆模型求解目标滑移率，然后通过反馈闭环控制使滑移率在安全约束范围内，实现目标滑移率，得到各个车轮的转矩输入，将车轮转矩输入分配给车辆执行器；若汽车处于不稳定状态，则利用滑模极值搜索控制搜索出最佳滑移率，并通过控制得到各个车轮的转矩输入，将车轮转矩输入分配给车辆执行器，使实际滑移率保持在最优滑移率附近；S4：电机和液压执行器对得到的需求转矩输入快速响应，输出实际的电机转矩和制动转矩，并将实际输入信息反馈给车辆。2.根据权利要求1所述基于滑移率的四驱电动汽车转矩控制分配方法，其特征在于步骤S1中，轮胎力控制分配时，将轮胎滑移率功率损耗最小作为优化目标，同时考虑执行器的静态约束，决策四个车轮的期望轮胎力。3.根据权利要求2所述基于滑移率的四驱电动汽车转矩控制分配方法，其特征在于步骤S1中，将轮胎滑移功率损耗最小作为优化目标：同时满足约束条件：其中P为轮胎的滑移功率损耗，Fxid为第i个车轮的目标轮胎力，Vx为纵向车速，Sxi为第i个车轮实际纵向滑移率，Fx为汽车...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜常清，邓茹月，武冬梅，隋岩峰，颜伏伍，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42