一种基于稳定域的分布式电动汽车稳定性控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于稳定域的分布式电动汽车稳定性控制方法，涉及汽车辅助驾驶领域。实现对横摆角速度和质心侧偏角的联合控制，分别获取车辆目标纵向力和目标横摆力矩，利用稳定域分配控制器权重P，得到加权横摆力矩，按照车轮的垂向载荷动态变化实现附加横摆力矩的分配，以此提高车辆稳定性控制。该稳定性控制策略能够明显提高车辆的操纵稳定性，相对现有技术具有非常显而易见的诸多有益效果，解决了现有技术对车辆稳定性控制效果差的缺陷。陷。陷。

A stability control method of distributed electric vehicle based on Stability Region

【技术实现步骤摘要】
一种基于稳定域的分布式电动汽车稳定性控制方法


[0001]本专利技术涉及汽车辅助驾驶领域，尤其涉及一种基于稳定域的分布式电动汽车稳定性控制方法。

技术介绍

[0002]当前的分布式电动汽车在转向时，通常由制动器产生的制动力产生车辆运动所需的横摆力矩，从而使得车辆实际横摆力矩跟踪参考橫摆角速度。但是这种控制方法削弱了车辆纵向控制效果，并且在质心侧偏角不大的情况下有效，当质心侧偏角偏大时几乎失效。为了有效提高车辆稳定性，需要对车辆横摆角速度和质心侧偏角联合控制，但本领域中尚缺乏非线性的控制方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对以上问题，提出了一种基于稳定域的分布式电动汽车稳定性控制方法，实现对横摆角速度和质心侧偏角的联合控制，分别获取车辆目标纵向力和目标横摆力矩，利用稳定域分配控制器权重P，得到加权横摆力矩，按照车轮的垂向载荷动态变化实现附加横摆力矩的分配，以此提高车辆稳定性控制。
[0004]本专利技术的技术方案为：
[0005]步骤1，基于二自由度车辆动力学模型，得到汽车二自由度微分方程。
[0006]步骤2，获得车辆处于理想的稳态转向时期望的横摆角速度ω和质心侧偏角β，以及期望状态参数的最大值|ω
max
|、|β
max
|，继而得到控制系统的期望值ω
exp
、β
exp
。
[0007]步骤3，在给汽车二自由度微分方程增加横摆力矩M
z
后，分别完成横摆角速度与质心侧偏角的跟踪误差、滑模面的设计，并在此基础上得到横摆角速度控制器的附加横摆力矩
△
M
w
以及质心侧偏角控制器的附加横摆力矩
△
M
β
。
[0008]步骤4，将汽车二自由度微分方程表达成二阶自治系统、并根据实际情况给定纵向速度u，前轮转角δ和地面的附着系数μ后，为此二阶自治系统赋予不同的初始值，绘制系统的相轨迹，得到相平面图。在相平面图中确定稳定域，在此基础上定义稳定度S
β
及稳定度的计算模型，利用稳定域合理分配控制器权重P，得到加权横摆力矩
△
M。
[0009]步骤5，按照车轮的垂向载荷动态变化进行附加横摆力矩的分配。
[0010]本专利技术与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0011]上述本专利技术所提供的方法，基于分层控制结构设计车辆稳定性控制策略，基于滑模控制理论，定义跟踪误差并设计滑模面，从而确定横摆角速度控制器与质心侧偏角控制器的附加横摆力矩，并利用稳定域分配控制器权重P，得到加权横摆力矩，基于车轮的垂向载荷动态变化进行附加横摆力矩的分配。该稳定性控制策略能够明显提高车辆的操纵稳定性，相对现有技术具有非常显而易见的诸多有益效果，解决了现有技术对车辆稳定性控制效果差的缺陷。
附图说明
[0012]图1是本案的工作流程图。
[0013]图2是本案的二自由度车辆动力学模型示意图。
具体实施方式
[0014]为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。
[0015]本专利技术可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本专利技术的范围。
[0016]如图1所示，本专利技术所提供的基于稳定域的分布式电动汽车稳定性控制方法，具体包括以下步骤：
[0017]步骤1，基于如图2所示的二自由度车辆动力学模型，得到汽车二自由度微分方程：
[0018][0019]式中，C
cf
、C
cr
分别为前、后轮的侧偏刚度；l
f
、l
r
分别为质心到前、后轴的距离；β为汽车质心侧偏角；ω为质心横摆角速度；u为纵向速度；v1为横向速度；δ为前轮转角；m为整车质量；I
z
为质心绕z轴的转动惯量。
[0020]步骤2，根据所选取的汽车动力学模型，将式(1)写作矩阵形式：
[0021][0022]当车辆处于理想的稳态转向时，和均为0。此时期望的横摆角速度和质心侧偏角为：
[0023][0024]式中，l为轴距，K为车辆的稳定性系数，且
[0025][0026]在实际行驶过程中，车辆会受到路面附着条件的限制，使得期望的状态参数存在最大值：
[0027][0028]式中，μ为地面附着系数。
[0029]综合上式，可得控制系统的期望值为：
[0030][0031]式中，sgn函数当δ为正时，sgn(δ)取1；当δ为负时，sgn(δ)取
‑
1；当δ为零时，sgn(δ)取0。
[0032]步骤3，在给汽车二自由度微分方程增加横摆力矩M
z
后，分别完成横摆角速度与质心侧偏角的跟踪误差、滑模面的设计，并在此基础上得到横摆角速度控制器的附加横摆力矩
△
M
w
以及质心侧偏角控制器的附加横摆力矩
△
M
β
。
[0033]步骤3.1，基于滑模控制理论，利用前文设计的期望参数值以及车辆实际参数值可分别设计横摆角速度控制器和质心侧偏角控制器，在式(2)基础上增加横摆力矩M
z
：
[0034][0035]步骤3.2，定义横摆角速度的跟踪误差为：
[0036]e
w
＝ω
‑
ω
exp
ꢀꢀꢀ
(8)
[0037]滑模控制的滑模面设计为：
[0038][0039]式中，c
w
>0为横摆角速度误差及其变化率之间的权重系数。
[0040]趋近律选取等速趋近律，以减弱抖振现象对于滑模控制器的影响：
[0041][0042]式中，K
w
是该趋近律的常数。
[0043]将式(7)、式(8)和式(10)带入式(9)中，可得横摆角速度控制器的附加横摆力矩为：
[0044][0045]步骤3.3，定义质心侧偏角跟踪误差为：
[0046]e
β
＝β
‑
β
exp
ꢀꢀꢀ
(12)
[0047]设计滑模面为：
[0048][0049]式中，c
β
>0为质心侧偏角误差及其变化率之间的权重系数。
[0050]趋近律选取等速趋近律：
[0051][0052]式中，K
β
为该趋近律的常数。
[0053]将式(7)、式(12)和式(14)代入式(13)，得到质心侧偏角控制器的附加横摆力矩：
[0054][0055]步骤4，选用相平面作为车辆是否失稳的判据，将式(2)表达成二阶自治系统：
[0056][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于稳定域的分布式电动汽车稳定性控制方法，其特征在于，按以下步骤进行：步骤1，基于二自由度车辆动力学模型，得到汽车二自由度微分方程；步骤2，利用汽车二自由度微分方程获得车辆处于理想的稳态转向时期望的横摆角速度ω和质心侧偏角β，以及期望状态参数的最大值|ω
max
|、|β
max
|，继而得到控制系统的期望值ω
exp
、β
exp
；步骤3，在给汽车二自由度微分方程增加横摆力矩M
z
后，分别完成横摆角速度与质心侧偏角的跟踪误差、滑模面的设计，并在此基础上得到横摆角速度控制器的附加横摆力矩
△
M
w
以及质心侧偏角控制器的附加横摆力矩
△
M
β
；步骤4，将汽车二自由度微分方程表达成二阶自治系统、并根据实际情况给定纵向速度u，前轮转角δ和地面的附着系数μ后，为此二阶自治系统赋予不同的初始值，绘制系统的相轨迹，得到相平面图；在相平面图中确定稳定域，在此基础上定义稳定度S
β
及稳定度的计算模型，利用稳定域合理分配控制器权重P，得到加权横摆力矩
△
M；步骤5，按照车轮的垂向载荷动态变化进行附加横摆力矩的分配。2.根据权利要求1所述的一种基于稳定域的分布式电动汽车稳定性控制方法，其特征在于，步骤1中得到的汽车二自由度微分方程：式中，C
cf
、C
cr
分别为前、后轮的侧偏刚度；l
f
、l
r
分别为质心到前、后轴的距离；β为汽车质心侧偏角；ω为质心横摆角速度；u为纵向速度；v1为横向速度；δ为前轮转角；m为整车质量；I
z
为质心绕z轴的转动惯量。3.根据权利要求2所述的一种基于稳定域的分布式电动汽车稳定性控制方法，其特征在于，步骤2中车辆处于理想的稳态转向时期望的横摆角速度ω和质心侧偏角β为：式中，l为轴距，K为车辆的稳定性系数，且期望状态参数的最大值|ω
max
|、|β
max
|为：
综合上式，可得控制系统的期望值为：其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞志浩，赵又群，林棻，林涛，张桂玉，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：