分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制方法技术

本发明专利技术涉及一种分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制方法，通过使用横摆稳定性控制、侧倾稳定性控制、解耦控制的转矩分配策略和基于差动制动的防侧翻控制四种控制策略联合控制，同时控制车辆驱动力与制动力，从而实现分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制；本发明专利技术针对分布式驱动电动汽车，通过横摆稳定性、侧倾稳定性研究，将ΔM

【技术实现步骤摘要】
分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制方法
本专利技术属于分布式驱动电动汽车
，涉及一种分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制方法。
技术介绍
汽车工业发展一百多年以来，推动社会经济极大发展的同时，也导致了环境恶化和资源短缺的问题，对人类的生产活动和生活健康都带来了一些负面影响。传统汽车使用汽油或柴油等化学燃料作为驱动汽车行驶的供给能源，不但消耗了石油资源的储存，汽车尾气的排放也引起了空气质量的恶化。分布式驱动电动汽车在结构形式上与传统汽车有所不同，独特的结构形式会影响到汽车的侧倾和侧翻性能，以往在传统汽车上对于防侧翻的研究不适用于分布式驱动电动汽车。主要表现在以下几个方面：轮毂电机的引入会导致簧下质量增加，恶化悬架的隔振性能和轮胎的抓地性能，造成车轮的抬升作用；由于引入轮毂电机后，悬架与电机定子的刚性连接会使地面驱动力和电机反作用力矩传递到车身上，从而产生附加的“垂向力”，在侧向加速度不大的情况下，这种“垂向力”产生的侧倾力矩数值足够大，从而对车身的侧倾姿态会产生较大影响；差速器的取消会导致同轴的驱动轮失去转矩自平衡机制，两侧车轮的转矩差形成较大的横摆力矩，引发汽车的过度转向或者激转。目前，分布式驱动电动汽车的安全性控制主要集中在横摆稳定性研究方面，基于直接横摆力矩的差动驱动控制实现汽车的稳定行驶，然而对于整车的侧倾稳定性控制大部分研究仍然是以控制悬架为主，文献1(线控四轮独立驱动轮毂电机电动车集成控制[J].吉林大学学报(工学版),2012,42(04):796-802.)针对电动轮驱动汽车的侧倾现象，基于线控悬架控制技术通过对垂直载荷分配转移的研究，来改变汽车前后轴的侧偏刚度，使其侧倾角控制在合理范围内；文献2(基于轮毂电机驱动电动汽车的主动悬架和驱动力分配的联合控制研究[D].东南大学,2016.)基于最优控制理论LQG和鲁棒性控制理论分别设计了主动悬架控制算法，根据汽车的行驶状态主动给悬架施加额外的力减小悬架的动位移，改善车身侧倾角，使汽车的垂向运动处于最佳状态。上述这两种方法通过主动悬架控制，来减小汽车的侧倾，但是此方法技术要求高，对汽车的侧倾控制也不够直接。文献3(NormalForceStabilizingControlUsingSmallEVPoweredonlybyElectricDoubleLayerCapacitor[J].WorldElectricVehicleJournal,2008,1(1):62-67.)以稳定车轮的垂向载荷为控制目标，通过给不同的驱动电机施加驱/制动力矩，从而对车身产生附加的侧倾力矩，使汽车保持稳定行驶，并利用电子执行单元控制电机实现相关功能，因此不再需要单独设计悬架执行器；文献4(Rollingstabilitycontrolofin-wheelelectricvehiclebasedontwo-degree-of-freedomcontrol[C]//AdvancedMotionControl,2008.AMC'08.10thIEEEInternationalWorkshopon.IEEE,2008.)以抑制车身侧倾角为控制目标，利用车轮驱动力矩差产生的侧倾力矩，设计了侧倾稳定性控制器。以上两种方法只考虑了侧倾稳定性，对于车辆的横摆、侧翻等没有考虑。文献5(Pitchingcontrolmethodbasedonquicktorqueresponseforelectricvehicle[C/CD]//The2010InternationalPowerElectronicsConference,2010.)分析了汽车行驶过程中的悬架俯仰几何学，研究发现，汽车的制动力经轮胎和悬架传递到车身上后，会分别形成抗下冲力和抗举冲力，针对轮毂电机驱动电动汽车，通过对驱/制动力矩的主动分配，可以有效改善车身的姿态；文献6(Rollingstabilitycontrolbasedonelectronicstabilityprogramforin-wheel-motorelectricvehicle[C/CD]//EVS24.Stavanger,Norway：2009.)也设计了侧倾稳定性和横摆稳定性的联合控制系统，同时考虑到横摆角速度和侧向加速度的耦合效应，提出调整因子RI的概念来分配侧倾控制和横摆控制的比例；文献7(Decoupled3Dmomentcontrolusingin-wheelmotors[J].VehicleSystemDynamics,2012,51(1):1-14.)基于不同车轮转矩优化分配的算法实现了分布式驱动电动汽车的侧倾、横摆和俯仰的集成控制，并利用解耦控制算法消除了这三种运动的耦合项，不需要解析复杂的方程，利用简单的控制算法即可实现整车的空间稳定性。上述文献针对侧倾、横摆稳定性的解耦控制进行了深入研究，但未涉及防侧翻控制，稳定性有待提高。文献8(Murata,Satoshi.Innovationbyin-wheel-motordriveunit[J].VehicleSystemDynamics,2012,50(6):807-830.)通过分析分布式驱动电动汽车驱/制动力矩通过悬架传递产生整车附加侧倾力矩的受力情况，体现了轮毂电机驱动本身就具备车身姿态自调整的能力；文献9(基于能量法的分布式驱动电动汽车防侧翻控制.[J]机械工程学报，2019.22.183.)通过计算车辆失稳能量阈值与车辆实时失稳能量，提出综合多因素的车辆稳定性评价指标，基于侧翻动力学模型设计出防侧翻滑模控制器，通过在分布式驱动系统力矩阈值范围内开展基于驱动轮力矩分配的差动驱动，实现了整车的防侧翻控制。上述这两篇文献只针对侧倾稳定性和防侧翻控制进行研究，未考虑横摆稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制方法，提高分布式驱动电动汽车的行车安全性。本专利技术从两种防侧翻控制方法同时作为出发点，分别针对悬架对车身产生的附加侧倾力矩，提出侧倾横摆解耦控制的防侧倾控制策略；针对侧向加速度过大，离心力对车身产生的侧倾力矩，提出差动制动的防侧翻控制策略。通过这两种控制策略，设计两种防侧翻控制系统，来同时控制车辆，使车辆安全性更加可靠，但是两控制方法没有进行联动，一种是针对驱动力控制，一种是针对制动力控制，两者是对整车防侧翻的一个综合、全面的控制。本专利技术针对悬架对车身产生的侧倾力矩，提出了侧倾横摆解耦控制的防侧倾控制策略，针对侧向加速度过大时，离心力对车身产生的侧倾力矩，提出了差动制动的防侧翻控制策略。本专利技术针对“分布式驱动电动汽车的地面驱动力和电机反作用力矩会经悬架传递作用给车身附加的垂向力，产生额外的侧倾力矩”这一特点，通过对汽车纵向力的主动分配，实现车身的侧倾稳定性控制。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制方法，通过使用横摆稳定性控制、侧倾稳定性控制、解耦控制的转矩分配策略和基于差动制动的防侧翻控制四种控制策略联合控制，同时控制车辆驱动力与制动力，从而实现分布式驱动电动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制方法，其特征在于：通过使用横摆稳定性控制、侧倾稳定性控制、解耦控制的转矩分配策略和基于差动制动的防侧翻控制四种控制策略联合控制，同时控制车辆驱动力与制动力，从而实现分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制；/n所述横摆稳定性控制的实现方式为：通过控制分布式驱动电动汽车车轮驱动力矩的大小，从而改变各轮的地面驱动力，对汽车直接横摆力矩进行控制；/n所述侧倾稳定性控制的实现方式为：补偿附加侧倾力矩，使整车恢复侧倾稳定性；/n所述基于差动制动的防侧翻控制的实现方式为：对前外轮的制动力矩进行控制，使汽车产生附加横摆力矩，从而实现基于差动制动的防侧翻控制；/n所述解耦控制的转矩分配策略的实现方式为：在左右两侧车轮平均分配附加横摆力矩和附加侧倾力矩，从而减少施加主动控制时侧倾与横摆之间的相互影响，实现解耦控制的转矩分配策略；/n附加横摆力矩是指经过主动控制驱动力大小而产生的横摆力矩，附加侧倾力矩是指经过主动控制驱动力大小而产生的侧倾力矩；/n分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制方法具体包括如下步骤：/n(1)通过公式推导得出实现汽车横摆稳定性所施加的附加横摆力矩与横摆角速度偏差和质心侧偏角偏差之间的动力学关系；所述动力学关系为：...

【技术特征摘要】
1.一种分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制方法，其特征在于：通过使用横摆稳定性控制、侧倾稳定性控制、解耦控制的转矩分配策略和基于差动制动的防侧翻控制四种控制策略联合控制，同时控制车辆驱动力与制动力，从而实现分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制；
所述横摆稳定性控制的实现方式为：通过控制分布式驱动电动汽车车轮驱动力矩的大小，从而改变各轮的地面驱动力，对汽车直接横摆力矩进行控制；
所述侧倾稳定性控制的实现方式为：补偿附加侧倾力矩，使整车恢复侧倾稳定性；
所述基于差动制动的防侧翻控制的实现方式为：对前外轮的制动力矩进行控制，使汽车产生附加横摆力矩，从而实现基于差动制动的防侧翻控制；
所述解耦控制的转矩分配策略的实现方式为：在左右两侧车轮平均分配附加横摆力矩和附加侧倾力矩，从而减少施加主动控制时侧倾与横摆之间的相互影响，实现解耦控制的转矩分配策略；
附加横摆力矩是指经过主动控制驱动力大小而产生的横摆力矩，附加侧倾力矩是指经过主动控制驱动力大小而产生的侧倾力矩；
分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制方法具体包括如下步骤：
(1)通过公式推导得出实现汽车横摆稳定性所施加的附加横摆力矩与横摆角速度偏差和质心侧偏角偏差之间的动力学关系；所述动力学关系为：
其中，



kf表示汽车前轮的侧偏刚度；kr表示汽车后轮的侧偏刚度；vx表示汽车纵向速度；vy表示汽车侧向速度；a表示汽车质心到前轴的距离；b表示汽车质心到后轴的距离；m表示整车质量；Iz表示整车绕z轴的转动惯量；ΔMZ表示附加横摆力矩；Δβ表示实际的质心侧偏角β与理想的质心侧偏角βd之间的差值，Δωr表示实际的横摆角速度ωr与理想的横摆角速度ωrd之间的差值；表示x的一阶导数；表示Δβ的一阶导数；表示Δωr的一阶导数；
(2)基于步骤(1)中动力学关系公式，通过LQR控制理论，决策出最优的ΔMZ；
(3)基于滑膜变结构控制理论，得到附加侧倾力矩ΔMX；
(4)基于ΔMZ和ΔMX通过公式推导得出各轮驱动力矩的增量ΔT1、ΔT2、ΔT3和ΔT4，再分别分配给各轮驱动电机，进而实现分布式驱动电动汽车的侧倾稳定性和横摆稳定性的解耦控制；其中，ΔT1表示左前轮驱动力矩的增量，ΔT2表示右前轮驱动力矩的增量，ΔT3表示左后轮驱动力矩的增量，ΔT4表示右后轮驱动力矩的增量；
(5)通过给汽车的前外轮施加制动力Fb，使汽车产生附加横摆力矩ΔMZ'，由模糊控制器输出需补偿的附加横摆力矩ΔMZ'至转矩分配控制器，由转矩分配控制器输出在前外轮上施加的制动压力P。


2.根据权利要求1所述的一种分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制方法，其特征在于，步骤(1)中理想的质心侧偏角βd和理想的横摆角速度ωrd的计算公式如下：



其中，
式中，L为车辆轴距，K为稳定性因素，kf表示汽车前轮的侧偏刚度，kr表示汽车后轮的侧偏刚度，vx表示汽车纵向速度，a表示汽车质心到前轴的距离，b表示汽车质心到后轴的距离，δ表示汽车前轮转角，m表示整车质量。


3.根据权利要求1所述的一种分布式驱动电动汽车的防侧翻综合控制方法，其特征在于，步骤(2)中决策出的最优的ΔMZ满足：
ΔMZ＝-Kx(t)＝-k1Δβ(t)-k2Δωr(t)；
式中，K...

【专利技术属性】
技术研发人员：张缓缓，姚鸣杰，严帅，江忠顺，杨博，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31