【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车辆运动控制领域，具体涉及一种考虑稳定性的四轮转向电动汽车运动控制方法，用于实现运动控制中稳定性优化控制。
技术介绍
1、随着科技的不断发展，四轮转向电动汽车的四个车轮可以独立控制转向，进一步的通过驱动电机还可以达到四轮独立驱动，不断的技术突破也诱导了人们对这类汽车的需求；相比传统的前轮转向汽车它具有更好的操控性、稳定性和安全性，可以通过适当的控制后轮的转向角度提高车辆在低速，紧急变道或高速行驶情况下的稳定性。
2、为此，国内外许多学者对车辆运动控制的稳定性控制方法方面也做了许多研究。
3、参考文献1：中国专利技术专利(cn 116819972 a)于2023年9月29日公开的《一种模块化分层式架构的协调控制方法》，它基于滑膜建立中层横摆力矩控制器，并采用加权控制方法对横摆角速度和质心侧偏角进行协同控制。但是，该模型只考虑了附加横摆力矩，只对前轮转角进行控制，并未通过后轮转角对转向进行优化控制，进一步提高稳定性。
4、参考文献2：中国专利技术专利(cn 111806427 a)于2020年10月23日公开的《一种四轮毂电机驱动车辆的综合控制方法》，它基于轨迹跟踪变预瞄距离运动学模型和三自由度动力学模型建立模型预测控制器方程，对前轮转角和额外横摆力矩进行优化控制。但是，该模型同样并没有考虑通过后轮转角对转向进行优化控制，进一步提高稳定性。
5、参考文献3：“向婧燕，周奎，付勇智，许洋，彭旭峰.考虑稳定性的4wd/4ws无人车路径跟踪控制策略研究[j].计算机工程与应用，
6、参考文献4：“zhou j，di y，miao x.single-wheel failure stability controlfor vehicle equipped with brake-by-wire system[j].world electric vehiclejournal，2023，14(7).(zhou j，di y和miao x，采用线控制动系统的车辆单轮失效稳定性控制，世界电动车杂志，2023年第14卷第7期)”提出的下层控制中，利用滑模控制理论计算车辆横摆角速度和质心侧偏角的附加横摆力矩控制。但是，该控制器中并未考虑后轮转向对车辆稳定性的影响。
7、综上所述，现有的稳定性控制方法存在的不足有：
8、1、参考文献1、2、4只考虑了前轮转向车辆对稳定性的影响，并没有考虑通过后轮转角对转向进行优化控制，进一步提高稳定性。
9、2、参考文献1、3、4考虑用滑模控制理论来设置稳定性控制器，这种控制方法一般只适用于单输入输出场景，且难以处理约束条件，无法对长时间和多变量系统进行优化，导致控制方法安全性较低，鲁棒性较差。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题为现有技术中的不足，具体的，本专利技术利用模型预测控制理论建立稳定性控制器，设置了多项约束条件，以及不断择优的控制策略提高了控制方法的安全性和鲁棒性，考虑前轮、后轮转向及附加横摆力矩对车辆稳定性的影响，进一步提高了操作稳定性。
2、为克服上述现有技术中所存在的问题，本专利技术提供了一种考虑稳定性的四轮转向电动汽车运动控制方法，，首先建立四轮转向车辆二自由度模型，然后根据四轮转向车辆二自由度模型设置稳定性控制器，所述稳定性控制器包括预测模型、目标函数及约束条件、最优求解三部分，最后通过稳定性控制器输出的当前时刻最优后轮转角和当前时刻最优附加横摆力矩对四轮转向电动汽车的运动进行滚动控制；
3、步骤1，建立四轮转向车辆二自由度模型
4、将四轮转向车辆记为车辆，将四轮转向车辆二自由度模型记为模型1，模型1的表达式如下：
5、
6、其中，m为车辆的车身质量，为横向速度的一阶导数，vx为纵向速度，fyf为作用在前轮上的侧向力，记为前轮侧向力fyf，fyr为作用在后轮上的侧向力，记为后轮侧向力fyr，w为横摆角速度，δf为前轮转角，δr为后轮转角，iz为整车绕z轴的转动惯量，a为车辆前轴到质心的距离，b为车辆后轴到质心的距离，为横摆角的二阶导数，δm为附加横摆力矩；
7、所述横向、纵向、z轴的定义为：以车辆的整车质心作为整车坐标系原点，所述纵向方向为平行于地面指向车辆前方，横向方向为垂直于纵向指向驾驶员左侧，z轴方向为垂直于地面指向整车竖直上方；
8、步骤2，设置稳定性控制器中的预测模型
9、步骤2.1，首先根据模型1得到稳定性控制器的预测模型，然后将预测模型转化为状态空间方程1的形式，确定状态空间方程1的状态向量，控制向量，附加输入向量以及输出向量，设置状态向量的参考值，并对状态空间方程1进行离散化处理；所述状态空间方程1的状态向量记为第一状态向量x，x＝[β，w]t，β为质心侧偏角；
10、步骤2.2，记当前时刻为k；在当前时刻，对车辆的质心侧偏角β和横摆角速度w进行采样，得到第二状态向量，对前轮转角δf进行采样，得到当前时刻附加输入向量；根据第二状态向量和状态空间方程1建立状态空间方程2，通过状态空间方程2进行状态预测，进行实时性简化后得到预测输出矩阵y；
11、步骤3，设置稳定性控制器中的目标函数和约束条件
12、所述目标函数的表达式如下：
13、
14、其中，为目标函数，yref为期望输出矩阵，δuc为预测控制向量增量矩阵，为预测输出向量权重矩阵，为预测控制向量增量权重矩阵，为松弛因子，为松弛因子权重矩阵；δuc为预测控制向量增量矩阵，δuc＝[δuc(k) δuc(k+1) … δuc(k+nc-1)]t，δuc(k)为当前时刻的控制向量增量，δuc(k+1)为(k+1)时刻的控制向量增量，以此类推，δuc(k+nc-1)为(k+nc-1)时刻的控制向量增量，nc为控制时域；
15、所述约束条件如下：
16、ucmin≤uc(k)≤ucmax
17、δucmin≤δuc(k+i)≤δucmax，i＝0，1，…，nc-1
18、βmin≤β≤βmax
19、wmin≤w≤wmax
20、其中，uc(k)为当前时刻的控制向量，ucmin为控制向量约束下限，ucmax为控制向量约束上限，δucmin为控制向量增量约束下限，δucmax为控制向量增量约束上限，δuc(k+i)为k+i时刻的控制向量增量，βmin为质心侧偏角的约束下限，βmax为质心侧偏角的约束上限，β为质心侧偏角；wmin为横摆角速度约束下限，wmax为横摆角速度约束上限，w为横摆角速度；
21、步骤4，设置稳定性控制器的最优求解部分
22、步骤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑稳定性的四轮转向电动汽车运动控制方法，其特征在于，首先建立四轮转向车辆二自由度模型，然后根据四轮转向车辆二自由度模型设置稳定性控制器，所述稳定性控制器包括预测模型、目标函数及约束条件、最优求解三部分，最后通过稳定性控制器输出的当前时刻最优后轮转角和当前时刻最优附加横摆力矩对四轮转向电动汽车的运动进行滚动控制；
2.根据权利要求1所述的一种考虑稳定性的四轮转向电动汽车运动控制方法，其特征在于，所述步骤2的实现过程如下：
3.根据权利要求2所述的一种考虑稳定性的四轮转向电动汽车运动控制方法，其特征在于，所述状态矩阵A、控制输入矩阵B1、附加输入矩阵B2，输出矩阵C的表达式分别为；
【技术特征摘要】
1.一种考虑稳定性的四轮转向电动汽车运动控制方法，其特征在于，首先建立四轮转向车辆二自由度模型，然后根据四轮转向车辆二自由度模型设置稳定性控制器，所述稳定性控制器包括预测模型、目标函数及约束条件、最优求解三部分，最后通过稳定性控制器输出的当前时刻最优后轮转角和当前时刻最优附加横摆力矩对四轮转向电动汽车的运动进...
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