一种四轮独立驱动电动汽车控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种四轮独立驱动电动汽车控制方法及系统。该方法包括：获取车辆行驶环境信息、车辆自身运行状态信息以及驾驶员行驶期望信息；跟踪车身姿态；根据上层模块信息切换车辆工况；计算出符合驾驶员期望的车辆期望纵向力矩、横向力矩以及横摆力矩；对车辆力矩进行优化分配；产生电机输出力矩所需的电枢电压信号，对电机进行控制。本发明专利技术将车辆的行驶过程划分为几个独立的行驶工况，不再局限于在全局范围内以一种单一的控制策略实现多行驶工况下的运行及控制，将其转化为多控制模式以及多控制策略之间的协调切换，在满足驾驶员驾驶期望的同时，对车辆行驶过程中的驱动力矩的协调分配进行优化，提升车辆行驶的稳定性、操作性和安全性。

A control method and system of four-wheel independent drive electric vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种四轮独立驱动电动汽车控制方法及系统
本专利技术涉及电驱动汽车控制领域，尤其涉及一种四轮独立驱动电动汽车的控制方法及系统。
技术介绍
随着环境问题和能源危机的加剧，新能源汽车迎来了前所未有的发展机遇，四轮独立驱动电动汽车是其中一个研究热点。四轮独立驱动电动汽车具有两个转向电机，四个驱动电机，结构简单，易于控制，执行器数量明显大于其自由度，车辆可控潜力巨大。现有的四轮独立驱动电动汽车控制方法单一，无法在车辆执行器产生故障时有效控制车身姿态、满足驾驶员的驾驶期望，使车辆的操纵性和安全性大大降低。
技术实现思路
本专利技术为解决四轮独立驱动电动汽车控制策略单一，无法在所有工况下满足驾驶员的行驶期望，无法有效提升车辆安全性的问题，提出一种基于四轮独立驱动电动汽车控制方法及其实现方式。车辆采用分布式驱动系统，将车辆执行器失效划分为几个独立的工况，将其转化为多控制模式以及多控制策略之间的协调切换，在车辆执行器失效并满足驾驶员驾驶期望的同时，对车辆行驶过程中的驱动力矩的协调分配进行优化，提升车辆的安全性和稳定性。本专利技术的技术方案如下：一种四轮独立驱动电动汽车控制方法，包括以下步骤：获取车辆行驶环境信息、车辆自身运行状态信息以及驾驶员行驶期望信息；跟踪车身姿态；基于滑模变结构控制算法建立，根据车辆获取的驾驶员操作信息对车辆姿态进行跟踪，直接得到车辆所需的纵向力矩、侧向力矩以及横摆力矩；根据上层模块信息切换车辆工况；基于混杂原理的切换控制建立，根据车辆的离散状态量进行失效工况切换；计算出符合驾驶员期望的车辆期望纵向力矩、横向力矩以及横摆力矩；对车辆力矩进行优化分配；基于重构控制分配原理建立，所有执行器失效工况目标函数一致，根据判定的失效工况确定限制条件，最后得到未失效执行器的驱动力矩；不可补偿的工况则令车辆紧急停车；产生电机输出力矩所需的电枢电压信号，对电机进行控制。更进一步的，所属工况包括未失效工况、单驱动电机失效工况、双驱动电机失效工况、多驱动电机失效工况、单转向电机失效工况以及双转向电机失效工况，其中，双驱动电机失效工况包括同侧双驱动电机失效工况和异侧双电机失效工况，异侧双电机失效工况包括同轴双电机失效工况和异轴双电机失效工况。更进一步的，所述失效工况包括部分失效工况和完全失效工况；当电机期望输出转矩小于电机可输出转矩，且电机可输出转矩小于电机最大输出转矩时，则定义此时的工况为执行器部分失效工况；当电机期望输出转矩大于电机可输出转矩，且电机可输出转矩小于电机最大输出转矩时，则定义此时的工况为执行器完全失效工况。更进一步的，所述对车辆力矩进行优化分配包括：在未失效工况下，采用基于轮胎附着裕度的轮胎力控制算法；在单驱动电机失效工况、双驱动电机失效工况下，采用重新构建限制条件的轮胎力分配算法。一种四轮独立驱动电动汽车的控制系统，包括：故障检测模块，用于获取车辆行驶环境信息、车辆自身运行状态信息以及执行器失效信息；车身姿态跟踪模块，用于跟踪车辆的期望驾驶姿态；基于滑模变结构控制算法建立，根据车辆获取的驾驶员操作信息对车辆姿态进行跟踪，直接得到车辆所需的纵向力矩、侧向力矩以及横摆力矩；工况转换控制模块，用于切换车辆行驶工况及控制算法；基于混杂原理的切换控制建立，根据车辆的离散状态量进行失效工况切换；驱动力矩协调分配模块，用于计算车辆在执行器失效工况下所需的期望力矩并对力矩进行优化分配；基于重构控制分配原理建立，所有执行器失效工况目标函数一致，根据工况转换控制模块判定的失效工况确定限制条件，最后得到未失效执行器的驱动力矩；电机控制模块，用于控制驱动电机与转向电机，输出车辆驱动力矩。更进一步的，所述工况转换控制模块基于切换控制理论对车辆行驶工况进行转换，包括：事件识别器用于监测及分析车辆信息；工况切换器用于根据车辆信息转换车辆行驶工况，选择符合控制目标的控制策略；切换监督器用于保证车辆行驶工况转换的稳定性。本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过提供一种四轮独立驱动电动汽车控制方法及系统，解决了车辆在执行器失效的情况下控制策略单一，不能很好满足驾驶员的行驶期望以及无法在明显提升车辆安全性的问题。本专利技术提供的一种分布式电驱动汽车控制系统将车辆的行驶过程划分为几个独立的行驶工况，不再局限于在全局范围内以一种单一的控制策略实现多行驶工况下的运行及控制，将其转化为多控制模式以及多控制策略之间的协调切换，在满足驾驶员驾驶期望的同时，对车辆行驶过程中的驱动力矩的协调分配进行优化，提升车辆行驶的稳定性、操作性和安全性。附图说明图1是四轮独立驱动电动汽车控制系统模块图；图2是工况转换控制模块图；图3是执行器失效工况划分图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式进行详细说明。本专利技术提供一种四轮独立驱动电动汽车的控制同，参见图1，具体的，四轮独立驱动电动汽车的控制系统包括以下模块：故障检测模块，用于获取车辆行驶环境信息、车辆自身运行状态信息以及执行器失效信息；车身姿态跟踪模块，用于跟踪驾驶员的期望驾驶状态；工况转换控制模块，用于切换车辆行驶工况及控制算法；驱动力矩协调分配模块，用于计算车辆在执行器失效工况下所需的期望力矩并对力矩进行优化分配；电机控制模块，用于控制驱动电机与转向电机，输出车辆驱动力矩及轮胎转角。作为本实施例的优选技术方案，工况转换控制模块图如图3所示，具体的，基于切换控制理论的工况转换控制模块包括工况切换器、切换监督器和事件识别器。其中，事件识别器用于监测及分析车辆信息；工况切换器用于根据车辆信息切换车辆行驶工况，选择符合控制目标的控制策略；切换监督器用于保证车辆行驶工况切换的稳定性。进一步的，车辆工况划分如图2所示，具体的，所述工况包括工况一：未失效工况、工况二：单驱动电机失效工况、双驱动电机失效工况、工况六：多驱动电机失效工况、工况七：单转向电机失效工况以及工况八：双转向电机失效工况，其中双驱动电机失效工况包括工况三：同侧双驱动电机失效工况和异侧双电机失效工况，异侧双电机失效工况包括工况四：同轴双电机失效工况和工况五：异轴双电机失效工况。本专利技术的另一方面提供一种四轮独立驱动电动汽车控制系统的实现方式，包括车辆纵向车速传感器、横向车速传感器、油门踏板传感器、纵向加速度传感器、电机电流监测器、电机力矩传感器、方向盘转角传感器、轮胎转角传感器、车载激光雷达、四个驱动电机及两个转向电机。其中，车辆纵向车速传感器用于获取车辆纵向车速；横向车速传感器用于获取车辆横向车速；油门踏板传感器用安装在车辆油门踏板上，根据踏板开度来判断驾驶人员的行驶期望；车辆激光雷达安装在车辆前后中间位置，用于获取车辆纵向车速信息及与周围车辆的距离；纵向加速度传感器和轮胎转角传感器安装于车辆轮胎中心，用于获取车辆实际的加速度和实际轮胎转角；电机电流检测器和电机力矩传感器安本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四轮独立驱动电动汽车控制方法，包括以下步骤：/n获取车辆行驶环境信息、车辆自身运行状态信息以及驾驶员行驶期望信息；/n跟踪车身姿态；基于滑模变结构控制算法建立，根据车辆获取的驾驶员操作信息对车辆姿态进行跟踪，直接得到车辆所需的纵向力矩、侧向力矩以及横摆力矩；/n根据上层模块信息切换车辆工况；基于混杂原理的切换控制建立，根据车辆的离散状态量进行失效工况切换；/n计算出符合驾驶员期望的车辆期望纵向力矩、横向力矩以及横摆力矩；/n对车辆力矩进行优化分配；基于重构控制分配原理建立，所有执行器失效工况目标函数一致，根据判定的失效工况确定限制条件，最后得到未失效执行器的驱动力矩；不可补偿的工况则令车辆紧急停车；/n产生电机输出力矩所需的电枢电压信号，对电机进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种四轮独立驱动电动汽车控制方法，包括以下步骤：
获取车辆行驶环境信息、车辆自身运行状态信息以及驾驶员行驶期望信息；
跟踪车身姿态；基于滑模变结构控制算法建立，根据车辆获取的驾驶员操作信息对车辆姿态进行跟踪，直接得到车辆所需的纵向力矩、侧向力矩以及横摆力矩；
根据上层模块信息切换车辆工况；基于混杂原理的切换控制建立，根据车辆的离散状态量进行失效工况切换；
计算出符合驾驶员期望的车辆期望纵向力矩、横向力矩以及横摆力矩；
对车辆力矩进行优化分配；基于重构控制分配原理建立，所有执行器失效工况目标函数一致，根据判定的失效工况确定限制条件，最后得到未失效执行器的驱动力矩；不可补偿的工况则令车辆紧急停车；
产生电机输出力矩所需的电枢电压信号，对电机进行控制。


2.根据权利要求1所述的一种四轮独立驱动电动汽车控制方法，其特征在于，所属工况包括未失效工况、单驱动电机失效工况、双驱动电机失效工况、多驱动电机失效工况、单转向电机失效工况以及双转向电机失效工况，其中，双驱动电机失效工况包括同侧双驱动电机失效工况和异侧双电机失效工况，异侧双电机失效工况包括同轴双电机失效工况和异轴双电机失效工况。


3.根据权利要求2所述的一种四轮独立驱动电动汽车控制方法，其特征在于，所述失效工况包括部分失效工况和完全失效工况；当电机期望输出转矩小于电机可输出转矩，且电机可输出转矩小于电机最大输出转矩时，则定义此时的工况为执行器部分失效工况；当电机期望输出转矩大于电机可输出转矩，且电机可输出转矩小于电机最大输出转矩时，则定义此时的工况为执行器...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵景波，陈杰，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32