双轮毂电机电动汽车的智能转向控制方法技术

本发明专利技术双轮毂电机电动汽车的智能转向控制方法，涉及提高转向性能的车辆驾驶稳定性的控制，是采用梯度式策略即将车速划分为三个阶段：低速阶段为速度小于20km/h，中速阶段为速度大于等于20km/h，且小于等于40km/h，高速阶段为速度为40km/h以上，来应对不同车速下的转向情况，通过对应不同的滑模控制器，包括质心偏转角滑模控制器、联合滑模控制器和横摆角速度滑模控制器，经过力矩分配，达到智能转向控制，克服了现有技术所存在的汽车在转向过程中，不能同时保证转向时整车的稳定性、转向的实时性和不同速度阶段下的安全转向的要求，以及为开环控制的鲁棒性差的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
双轮毂电机电动汽车的智能转向控制方法
本专利技术的技术方案涉及提高转向性能的车辆驾驶稳定性的控制，具体地说是双轮毂电机电动汽车的智能转向控制方法。
技术介绍
如今汽车已经成为了人们生活当中不可或缺的交通工具，而随之而来的环境污染问题也变得日趋严重。传统汽车的尾气排放成为了环境污染的重要因素之一，同时由于石油能源的日渐枯竭，电动汽车的优势逐渐的显现出来。与此同时，人们对于汽车的要求也在趋于人性化，希望汽车变得更安全、更舒适和更智能。轮毂电机电动汽车由于其分布式的驱动方式，完全可以取代传统汽车冗杂的转向控制方法，依靠电池供电实现零尾气排放，因而轮毂电机电动汽车是未来电动汽车发展的必然趋势。轮毂电机电动汽车的转向控制方法也已经成为当今的研发热点。CN107351911A公开了一种电动汽车转向稳定控制方法，根据汽车偏移率来增加或者减少扭矩，从而控制汽车在转向过程中的稳定性，但是其存在缺少汽车在不同速度的情况下如何有针对性的保证转向的实时性和快速性的缺陷。CN107176205A公开了一种电动汽车四轮转向系统及控制方法，所述控制方法包括前轮转向系统控制方法和后轮转向系统控制方法，该方法存在没有考虑到转向时整车的稳定性以及为开环控制的鲁棒性差的缺陷。CN107415939A公开了一种分布式驱动电动汽车转向稳定性控制方法，虽然该方法报道了其根据自适应反演滑模控制器来有效抑制系统的“抖振”现象，但是存在单一的控制器无法较好地应对各种速度阶段下的安全转向要求的缺陷。CN105741637A公开了四轮轮毂电机电动汽车智能转向控制方法，采用模糊C均值聚类方法来对驾驶员进行分类，从而进行模糊控制，其存在没有考虑在不同车速下驾驶员对于车辆转向特性有不同需求的缺陷。另外，文献还报道的电动汽车的转向控制方法的现有技术有模糊控制方法、自适应控制方法和神经网络。上述报道的电动汽车的转向控制方法的现有技术，与传统汽车冗杂的转向方法相比虽然有所进步，但是总体而言还存在汽车在转向过程中，不能同时保证转向时整车的稳定性、转向的实时性和不同速度阶段下的安全转向的要求，以及为开环控制的鲁棒性差的缺陷。鉴于人们对于汽车的要求越来越高，单一的电动汽车的转向控制方法显然已经无法满足各种工况下的用户对于电动汽车性能的要求，急待研发新的电动汽车的转向控制方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供双轮毂电机电动汽车的智能转向控制方法，是采用梯度式策略来应对不同车速下的转向情况，通过对应不同的滑模控制器，经过力矩分配，达到智能转向控制，克服了现有技术所存在的汽车在转向过程中，不能同时保证转向时整车的稳定性、转向的实时性和不同速度阶段下的安全转向的要求，以及为开环控制的鲁棒性差的缺陷本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：双轮毂电机电动汽车的智能转向控制方法，是应用了梯度式策略来应对不同车速下的转向情况，通过对应不同的滑模控制器，经过力矩分配，达到智能转向控制，具体步骤如下：第一步，划分车速阶段：将车速划分为三个阶段：低速阶段为速度小于20km/h，中速阶段为速度大于等于20km/h，且小于等于40km/h，高速阶段为速度为40km/h以上；第二步，获得理想质心偏转角βd和理想横摆角速度γd：以汽车车速和转向角度为输入，通过车辆二自由度模型得到理想质心偏转角βd和理想横摆角速度γd，质心偏转角表征的是车辆的运行轨迹情况，横摆角速度则表征了车辆的转向稳定性；第三步，建立车辆七自由度模型：建立车辆七自由度模型，包括车辆纵向运动模型、侧向运动模型、横摆运动模型和四个车轮的旋转运动模型；第四步，设计滑模控制器：设计以下三种滑模控制器：以质心偏转角为主要目标，设计质心偏转角滑模控制器s1，产生质心偏转角横摆力矩；以质心偏转角和横摆角速度为共同目标，设计质心偏转角与横摆角速度联合的滑模控制器s2，产生对应附加力矩；以横摆角速度为目标设计横摆角速度滑模控制器s3，产生对应附加力矩，具体方法如下：公式(1)中，s1为质心偏转角滑模控制器，s2为联合滑模控制器，s3为横摆角速度滑模控制器，β为质心偏转角，γ为横摆角速度，βd为理想质心偏转角，γd为理想横摆角速度，A和B为系数，第五步，采用阶梯式应对策略：当汽车对应上述第一步中所述的三个不同车速阶段的车速时，采用阶梯式应对策略，即当汽车速度处于所述的低速阶段速度小于20km/h时，采用上述第四步中设计的质心偏转角滑模控制器来产生对应的质心偏转角横摆力矩；当汽车速度处于所述的中速阶段速度大于等于20km/h，且小于等于40km/h时，采用上述第四步中设计的质心偏转角与横摆角速度联合的滑模控制器来产生对应的联合横摆力矩；当汽车速度处于所述的高速阶段速度为40km/h以上时，采用横摆角速度滑模控制器来产生对应的横摆角速度横摆力矩；第六步，通过力矩分配达到智能转向控制，来控制车辆的行驶过程：联合上述第五步得到的质心偏转角横摆力矩、联合横摆力矩、横摆角速度横摆力矩和驾驶员主动输出的力矩，利用下面公式(2)可得到对应左后轮和右后轮的驱动力矩：公式(2)中，T_total为驾驶员主动输出力矩，d为该电动汽车轮距，F3为左后轮纵向力、F4为右后轮纵向力，T3为左后轮驱动力矩、T4为右后轮驱动力矩，MZ为横摆力矩；通过公式(2)的力矩分配得到具体每个后轮的驱动力矩，以此达到智能转向控制来控制车辆的行驶过程。上述双轮毂电机电动汽车的智能转向控制方法，所述通过车辆二自由度模型得到理想质心偏转角βd和理想横摆角速度γd的方法如下：车辆二自由度模型为如下公式(3)所示：公式(3)中，m为双轮毂电机电动汽车质量，u为车辆速度，Cf为前轮偏转刚度，Cr为后轮偏转刚度，a为电动汽车质心到前轴的距离，b为电动汽车质心到后轴的距离，β为质心偏转角，γ为横摆角速度，δ为前轮转向角，Iz为汽车转动惯量；根据上述车辆二自由度模型公式(3)，假设β为0且γ为常数，同时考虑到路面附着条件的限制，可得理想质心偏转角βd和理想横摆角速度γd如下：公式(4)中，m为双轮毂电机电动汽车质量，ux为车辆纵向速度，a为电动汽车质心到前轴的距离，b为电动汽车质心到后轴的距离，δ为前轮转向角，Cr为后轮偏转刚度，K为不足转向系数，μ为路面摩擦系数，g为重力加速度，公式(5)中，ux为车辆纵向速度，a为电动汽车质心到前轴的距离，b为电动汽车质心到后轴的距离，δ为前轮转向角，K为不足转向系数，μ为路面摩擦系数，g为重力加速度，公式(6)中，m为双轮毂电机电动汽车质量，a为电动汽车质心到前轴的距离，b为电动汽车质心到后轴的距离，Cf为前轮偏转刚度，Cr为后轮偏转刚度。上述双轮毂电机电动汽车的智能转向控制方法，所述建立车辆七自由度模型，包括车辆纵向运动模型、侧向运动模型、横摆运动模型和1、2、3、4四个车轮的旋转运动模型的方法如下：车辆纵向运动模型建立如下公式(7)所示：公式(7)中，m为双轮毂电机电动汽车的质量，ux为纵向速度，uy为横向速度，Fxf为前轮纵向力,Fyf为前轮横向力，Fxr为后轮纵向力，δ为前轮转向角；车辆侧向运动模型建立如下公式(8)所示：公式(8)中，m为双轮毂电机电动汽车的质量，uy为横向速度，ux为纵向速度，Fyf为前轮横向力，Fxf为前轮纵向力，Fyr为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双轮毂电机电动汽车的智能转向控制方法，其特征在于：是应用了梯度式策略来应对不同车速下的转向情况，通过对应不同的滑模控制器，经过力矩分配，达到智能转向控制，具体步骤如下：第一步，划分车速阶段：将车速划分为三个阶段：低速阶段为速度小于20km/h，中速阶段为速度大于等于20km/h，且小于等于40km/h，高速阶段为速度为40km/h以上；第二步，获得理想质心偏转角βd和理想横摆角速度γd：以汽车车速和转向角度为输入，通过车辆二自由度模型得到理想质心偏转角βd和理想横摆角速度γd，质心偏转角表征的是车辆的运行轨迹情况，横摆角速度则表征了车辆的转向稳定性；第三步，建立车辆七自由度模型：建立车辆七自由度模型，包括车辆纵向运动模型、侧向运动模型、横摆运动模型和四个车轮的旋转运动模型；第四步，设计滑模控制器：设计以下三种滑模控制器：以质心偏转角为主要目标，设计质心偏转角滑模控制器s1，产生质心偏转角横摆力矩；以质心偏转角和横摆角速度为共同目标，设计质心偏转角与横摆角速度联合的滑模控制器s2，产生对应附加力矩；以横摆角速度为目标设计横摆角速度滑模控制器s3，产生对应附加力矩，具体方法如下：

【技术特征摘要】
1.双轮毂电机电动汽车的智能转向控制方法，其特征在于：是应用了梯度式策略来应对不同车速下的转向情况，通过对应不同的滑模控制器，经过力矩分配，达到智能转向控制，具体步骤如下：第一步，划分车速阶段：将车速划分为三个阶段：低速阶段为速度小于20km/h，中速阶段为速度大于等于20km/h，且小于等于40km/h，高速阶段为速度为40km/h以上；第二步，获得理想质心偏转角βd和理想横摆角速度γd：以汽车车速和转向角度为输入，通过车辆二自由度模型得到理想质心偏转角βd和理想横摆角速度γd，质心偏转角表征的是车辆的运行轨迹情况，横摆角速度则表征了车辆的转向稳定性；第三步，建立车辆七自由度模型：建立车辆七自由度模型，包括车辆纵向运动模型、侧向运动模型、横摆运动模型和四个车轮的旋转运动模型；第四步，设计滑模控制器：设计以下三种滑模控制器：以质心偏转角为主要目标，设计质心偏转角滑模控制器s1，产生质心偏转角横摆力矩；以质心偏转角和横摆角速度为共同目标，设计质心偏转角与横摆角速度联合的滑模控制器s2，产生对应附加力矩；以横摆角速度为目标设计横摆角速度滑模控制器s3，产生对应附加力矩，具体方法如下：公式(1)中，s1为质心偏转角滑模控制器，s2为联合滑模控制器，s3为横摆角速度滑模控制器，β为质心偏转角，γ为横摆角速度，βd为理想质心偏转角，γd为理想横摆角速度，A和B为系数，第五步，采用阶梯式应对策略：当汽车对应上述第一步中所述的三个不同车速阶段的车速时，采用阶梯式应对策略，即当汽车速度处于所述的低速阶段速度小于20km/h时，采用上述第四步中设计的质心偏转角滑模控制器来产生对应的质心偏转角横摆力矩；当汽车速度处于所述的中速阶段速度大于等于20km/h，且小于等于40km/h时，采用上述第四步中设计的质心偏转角与横摆角速度联合的滑模控制器来产生对应的联合横摆力矩；当汽车速度处于所述的高速阶段速度为40km/h以上时，采用横摆角速度滑模控制器来产生对应的横摆角速度横摆力矩；第六步，通过力矩分配达到智能转向控制，来控制车辆的行驶过程：联合上述第五步得到的质心偏转角横摆力矩、联合横摆力矩、横摆角速度横摆力矩和驾驶员主动输出的力矩，利用下面公式(2)可得到对应左后轮和右后轮的驱动力矩：公式(2)中，T_total为驾驶员主动输出力矩，d为该电动汽车轮距，F3为左后轮纵向力、F4为右后轮纵向力，T3为左后轮驱动力矩、T4为右后轮驱动力矩，MZ为横摆力矩；通过公式(2)的力矩分配得到具体每个后轮的驱动力矩，以此达到智能转向控制来控制车辆的行驶过程。2.根据权利要求1所述双轮毂电机电动汽车的智能转向控制方法，其特征在于：所述通过车辆二自由度模型得到理想质心偏转角βd和理想横摆角速度γd的方法如下：车辆二自由度模型为如下公式(3)所示：公式(3)中，m为双轮毂电机电动汽车质量，u为车辆速度，Cf为前轮偏转刚度，Cr为后轮偏转刚度，a为电动汽车质心到前轴的距离，b为电动汽车质心到后轴的距离，β为质心偏转角，γ为横摆角速度，δ为前轮转向角，Iz为汽车转动惯量；根据上述车辆二自由度模型公式(3)，假设β为0且γ为常数，同时考虑到路面附着条件的限制，可得理想质心偏转角βd和理想横摆角速度γd如下：公式(4)中，m为双轮毂电机电动汽车质量，ux为车辆纵向速度，a为电动汽车质心到前轴的距离，b为电动汽车质心到后轴的距离，δ为前轮转向角，Cr为后轮偏转刚度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹏，张恒，韩雪晶，张高巍，孙昊，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12