基于反馈的电动汽车横摆稳定性实时控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于反馈的电动汽车横摆稳定性实时控制装置及方法，装置包括上层控制器和下层控制器，上层控制器设有传感器单元、模型预测控制器和直接横摆力矩计算单元三个部分；下层控制器设有判断决策单元和直接横摆力矩执行单元两个部分，直接横摆力矩执行单元控制目标车轮的驱动力矩。该方法采用分层控制结构，所需要的信号由传感器提供，利用可测量的量，采用传感器实时反馈和模型预测控制算法来设计上层控制器，计算出整车运动过程中保持横摆稳定性所需要的直接横摆力矩。下层控制器保证上层控制器发出的直接横摆力矩指令通过驱动力矩的分配得以实现，保证车辆可以实现在不同工况下的稳定行驶，提高电动汽车的横摆稳定性。

Real-time control device and method for yaw stability of electric vehicle based on feedback

The invention discloses a feedback-based real-time control device and method for the yaw stability of electric vehicles, which comprises an upper controller and a lower controller. The upper controller consists of three parts: a sensor unit, a model predictive controller and a direct yaw moment calculating unit. The lower controller consists of two parts: a decision-making unit and a direct yaw moment executing unit. The swing moment actuating unit controls the driving moment of the target wheel. The method adopts hierarchical control structure, the required signal is provided by sensors, and the upper controller is designed by real-time feedback of sensors and model predictive control algorithm. The direct yaw moment needed to maintain yaw stability during vehicle motion is calculated. The lower controller guarantees that the direct yaw moment instructions issued by the upper controller can be realized through the distribution of driving moment, which ensures that the vehicle can achieve stable driving under different working conditions and improve the yaw stability of the electric vehicle.

【技术实现步骤摘要】
基于反馈的电动汽车横摆稳定性实时控制装置及方法
本专利技术涉及电动汽车及其稳定性控制
，具体为基于传感器反馈的分布式驱动电动汽车横摆稳定性实时控制方法，尤其涉及一种基于反馈的电动汽车横摆稳定性实时控制装置及方法。
技术介绍
在能源紧缺日益加剧、环境污染日益严重的今天，电动汽车的发展大势所趋。分布式驱动电动汽车具备四个独立的轮毂电机，同时，其电机响应速度快，转矩和转速等参数容易获取。因此，可以直接对各个车轮的驱动力矩进行独立精确控制来改善电动汽车在恶劣路面条件下的行驶性能。车辆横摆稳定控制对于分布式驱动电动汽车非常重要，其作用主要是，保证车辆在转弯、制动和驱动时的稳定性与可控性，协助驾驶员在极限操纵情况下控制车辆，防止车辆出现过多或不足转向。针对分布式驱动电动汽车横摆稳定性控制问题，国内外学者提出了多种控制方法，包括基于车轮滑移率的转矩分配、β法、差速转矩分配法等，这些方法主要通过车轮滑移率或质心侧偏角的估计策略来实现。然而，滑移率和质心侧偏角等运行参数并不能通过传感器准确获取并建立有效的实时反馈，这使得横摆稳定性控制精度较低。另一方面，横摆稳定性的控制需要考虑到车辆本身的约束条件，比如电机的最大输出力矩，以及车辆的安全性约束等等，传统算法难以满足这类多目标约束优化控制难题的需求。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本申请的目的在于提供一种基于传感器反馈的分布式驱动电动汽车横摆稳定性实时控制方法，以解决分布式驱动电动汽车行驶过程中横摆稳定性的精确控制问题。该方法采用分层控制结构，所需要的信号由传感器提供，利用可测量的量，采用传感器实时反馈和模型预测控制算法来设计上层控制器，计算出整车运动过程中保持横摆稳定性所需要的直接横摆力矩。下层控制器保证上层控制器发出的直接横摆力矩指令通过驱动力矩的分配得以实现，保证车辆可以实现在不同工况下的稳定行驶，提高电动汽车的横摆稳定性。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种基于反馈的电动汽车横摆稳定性实时控制装置，包括:上层控制器，其设有传感器单元、模型预测控制器和直接横摆力矩计算单元三个部分，所述传感器单元输出端连接所述模型预测控制器输入端，所述模型预测控制器的输出端连接所述直接横摆力矩计算单元输入端；下层控制器，其设有判断决策单元和直接横摆力矩执行单元两个部分，所述判断决策单元的输入端连接所述传感器单元的输出端，所述直接横摆力矩执行单元的输入端分别连接所述判断决策单元和直接横摆力矩计算单元的输出端，所述直接横摆力矩执行单元控制目标车轮的驱动力矩。优选的，所述传感器单元用于采集车辆运动信息，所述车辆运动信息至少包括车辆速度、测得车轮角速度ω'i、侧向加速度与方向盘转角。优选的，所述模型预测控制器接收所述传感器单元的输出信号，并用于计算生成保持车辆横摆稳定性的主动转向角δf和算得车轮角速度ωi,i＝fl,fr,rl,rr，其中，fl表示左前，fr表示右前，rl表示左后，rr表示右后。优选的，所述直接横摆力矩计算单元接收所述模型预测控制器的输出信号，并计算保证车辆横摆稳定性所需的期望直接横摆力矩。优选的，所述判断决策单元接收所述传感器单元采集的车辆运动信息，并根据车辆保持稳定所需的稳定性范围，以及车辆状态-判断决策对应信息来判断车辆所处状态并选择保证车辆稳定性最有效的目标车轮，所述稳定性范围与车辆横摆角速度和质心侧偏角相关。优选的，所述直接横摆力矩执行单元接收所述直接横摆力矩计算单元计算出的直接横摆力矩，并将其转化成所述目标车轮的驱动力矩并实施，进而控制车辆横摆角速度和质心侧偏角保持在稳定范围。一种电动汽车的稳定性控制方法，包括以下步骤：步骤一、采集车辆运动信息，建立车轮角速度实时反馈；步骤二、根据车辆运动信息计算生成保持车辆横摆稳定性的主动转向角δf和算得车轮角速度ωi；步骤三、根据算得车轮角速度ωi计算生成期望直接横摆力矩；步骤四、根据所述车辆运动信息判断车辆状态，并选择纠正过多或不足转向最为有效的目标车轮；步骤五、将所述期望直接横摆力矩转换成驱动力矩并实施作用在所述目标车轮。本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术提出的基于传感器反馈的分布式驱动电动汽车横摆稳定性实时控制方法，利用分布式驱动电动汽车轮毂电机独立可控的特点，传感器实时反馈精确运行参数信息和模型预测控制处理多目标约束的能力，通过直接横摆力矩控制器的设计实现对电动汽车横摆稳定性的实时精确控制，达到主动控制车身偏转的效果，保证了车辆在极限工况的横摆稳定性。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1：本专利技术的控制原理框图；图2：上层控制器原理框图；图3：车体动力学模型示意图；图4：轮胎模型示意图；图5：模型预测控制原理框图；图中标号：δ——输入车辆转向角，v——车辆速度，γr——期望横摆角速度，βr——期望质心侧偏角，β——质心侧偏角，γ——横摆角速度，ax——车辆纵向加速度，ay——车辆横向加速度，d——车辆轴距，O——车辆重心所在位置，ρ——车辆的俯仰角，Mz——车辆横摆力矩，δf——控制器输出的车辆转向角，Lr——车辆重心到后轮轴心距离，Lf——车辆重心到前轮轴心距离，vx——汽车纵向速度，α——轮胎侧偏角。ωfl——左前轮角速度、ωfr——右前轮角速度，ωrl——左后轮角速度，ωrr——右后轮角速度，Tdfl——左前轮直接横摆力矩转矩，Tdfr——右前轮直接横摆力矩转矩，Tdrl——左后轮直接横摆力矩转矩，Tdrr——右后轮直接横摆力矩转矩，Tefl——左前轮驱动转矩，Tefr——右前轮驱动转矩，Terl——左后轮驱动转矩，Terr——右后轮驱动转矩，Tcfl——左前轮输出转矩，Tcfr——右前轮输出转矩，Tcrl——左后轮输出转矩，Tcrr——右后轮输出转矩。Fyfl——左前轮横向力，Fyfr——右前轮横向力，Fyrl——左后轮横向力，Fyrr——右后轮横向力，Fxfl——左前轮纵向力，Fxfr——右前轮纵向力，Fxrl——左后轮纵向力，Fxrr——右后轮纵向力，Fz——车辆对车轮的垂直分力，minJ——滚动优化目标函数。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。如图1所示，一种基于反馈的电动汽车横摆稳定性实时控制装置，包括上层控制器1和下层控制器2，上层控制器1和下层控制器2被分离开，通过信号传输线完成车辆状态的传输。如图2所示，上层控制器1设有传感器单元3、模型预测控制器4和直接横摆力矩计算单元5三个部分，所述传感器单元3输出端连接所述模型预测控制器4输入端，所述模型预测控制器4的输出端连接所述直接横摆力矩计算单元5输入端。所述传感器单元3用于采集车辆运动信息，所述车辆运动信息至少包括车辆速度、测得车轮角速度ω'i、侧向加速度与方向盘转角，并提供实时反馈的车轮角速度信息，通过方向盘转角信息可获知输入车辆转向角δ。所述模型预测控制器4主要解决多目标约束优化难题，并根据参考模型计算四个车轮角速度值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反馈的电动汽车横摆稳定性实时控制装置，其特征在于，包括：上层控制器(1)，其设有传感器单元(3)、模型预测控制器(4)和直接横摆力矩计算单元(5)三个部分，所述传感器单元(3)输出端连接所述模型预测控制器(4)输入端，所述模型预测控制器(4)的输出端连接所述直接横摆力矩计算单元(5)输入端；下层控制器(2)，其设有判断决策单元(23)和直接横摆力矩执行单元(24)两个部分，所述判断决策单元(23)的输入端连接所述传感器单元(3)的输出端，所述直接横摆力矩执行单元(24)的输入端分别连接所述判断决策单元(23)和直接横摆力矩计算单元(5)的输出端，所述直接横摆力矩执行单元(24)控制目标车轮的驱动力矩。

【技术特征摘要】
1.一种基于反馈的电动汽车横摆稳定性实时控制装置，其特征在于，包括：上层控制器(1)，其设有传感器单元(3)、模型预测控制器(4)和直接横摆力矩计算单元(5)三个部分，所述传感器单元(3)输出端连接所述模型预测控制器(4)输入端，所述模型预测控制器(4)的输出端连接所述直接横摆力矩计算单元(5)输入端；下层控制器(2)，其设有判断决策单元(23)和直接横摆力矩执行单元(24)两个部分，所述判断决策单元(23)的输入端连接所述传感器单元(3)的输出端，所述直接横摆力矩执行单元(24)的输入端分别连接所述判断决策单元(23)和直接横摆力矩计算单元(5)的输出端，所述直接横摆力矩执行单元(24)控制目标车轮的驱动力矩。2.如权利要求1所述的基于反馈的电动汽车横摆稳定性实时控制装置，其特征在于，所述传感器单元(3)用于采集车辆运动信息，所述车辆运动信息至少包括车辆速度、测得车轮角速度ω'i、侧向加速度与方向盘转角。3.如权利要求2所述的基于反馈的电动汽车横摆稳定性实时控制装置，其特征在于，所述模型预测控制器(4)接收所述传感器单元(3)的输出信号，并用于计算生成保持车辆横摆稳定性的主动转向角δf和算得车轮角速度ωi,i＝fl,fr,rl,rr，其中，fl表示左前，fr表示右前，rl表示左后，rr表示右后。4.如权利要求3所述的基于反馈的电动汽车横摆稳定性实时...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁小芳，
申请(专利权)人：袁小芳，
类型：发明
国别省市：湖南,43