一种四轮独立驱动电动汽车的车身稳定控制方法

摘要

本发明公开了一种四轮独立驱动电动汽车车身稳定控制方法，通过汽车线性二自由度操纵模型获得横摆角速度期望值，质心侧偏角期望值设为0后，通过基于自抗扰控制理论，分别设计横摆角速度偏差自抗扰控制器和质心侧偏角偏差自抗扰控制器，得到附加横摆力矩ΔM_ωr和ΔM_β，再将附加横摆力矩ΔM_ωr和ΔM_β线性相加得到作用到汽车上的总的附加横摆力矩ΔM_YSC，最后，通过这个总的附加横摆力矩值对各个车轮转矩进行分配，给汽车四个电机输入分配的指令转矩，从而控制电动汽车的横摆侧向运动，使汽车车身稳定。

主权项

一种四轮独立驱动电动汽车的车身稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、计算横摆角速度期望值ω_rd和质心侧偏角期望值β_d根据线性二自由度操纵模型计算期望横摆角速度值ω_rd：${\omega }_{rd}=\frac{u/L}{1+\frac{m}{L^2}(\frac{a}{C_{af}}-\frac{b}{C_{ar}})u^2}·\delta =\frac{u/L}{1+{\mathrm{Ku}}^2}·\delta$其中：u为车辆纵向车速；m表示车辆质量；a,b分别为前后车轮的轴距；δ为前轮旋转角度；C_af,C_ar分别为前轮侧偏刚度和后轮侧偏刚度；L＝a+b为车轮前轴跟后轴的间距；K＝m/L²(a/C_af‑b/C_ar)为车身稳定系数；将质心侧偏角期望β_d设置为：β_d＝0；(2)、设计横摆角速度偏差控制器，得到附加横摆力矩ΔM_ωr根据自抗扰控制原理，设计横摆角速度偏差自抗扰控制器，其数学模型如下：在数学模型中：a)、利用跟踪微分器得到期望横摆角速度偏差的跟踪信号和此跟踪信号的微分，其中，x₁就是对期望横摆角速度偏差v_ωr＝0的跟踪信号,x₂为x₁的微分,h为积分步长，r为决定跟踪速度的速度因子，fhan(x₁‑v_ωr，x₂，r，h)是最速控制综合函数,该函数主要用于让x₁在速度因子r的限制下,“最快地”且“无颤振地”跟踪v_ωr；b)、利用扩张状态观测器得到横摆角速度偏差e_ωr的估计值Z₁和横摆角速度偏差微分的估计值Z₂，以及电动汽车受到的不确定扰动估计值Z₃；在扩张状态观测器的模型中，横摆角速度偏差e_ωr＝横摆角速度值ω_r‑期望横摆角速度值ω_rd；b'₀是补偿因子；当积分步长h给定时，扩张状态观测器的参数β₀₁β₀₂β₀₃按下列公式确定：${\beta }_{01}\approx \frac{1}{h}$${\beta }_{02}=\frac{1}{e^{0.4762}{h}^{1.4673}}\approx \frac{1}{1.6h^{1.5}}$${\beta }_{03}=\frac{1}{e^{2.1567}{h}^{2.2093}}\approx \frac{1}{8.6h^{22}}$c)、在误差非线性组合中，利用误差信号和微分信号非线性组合，得到误差反馈控制量；其中，e₁为误差信号，e₂为微分误差信号，u₀为误差反馈控制量，h₁决定跟踪横摆角速度偏差期望值的跟踪精度；c为阻尼因子；r₀为误差反馈控制量增益；d)、利用估计值Z₃对误差反馈控制量u₀进行补偿，得到附加横摆力矩值ΔM_ωr；(3)、设计质心侧偏角偏差控制器，得到附加横摆力矩ΔM_β根据自抗扰控制原理，设计质心侧偏角偏差自抗扰控制器，其数学模型如下：同理，按照步骤(2)的方法，可以得到附加横摆力矩值ΔM_β；(4)、计算总附加横摆力矩ΔM_YSC，即ΔM_YSC＝ΔM_ωr+ΔM_β；(5)、根据附加横摆力矩值ΔM_YSC在车轮间进行力矩分配采用如下转矩分配算法：$\left\{\begin{array}{c}{T}_{fl}^{*}=T^{\prime }+\Delta M_{YSC}\\ T_{fr}^{*}=T^{\prime }-{\mathrm{\Delta M}}_{YSC}\\ T_{rl}^{*}=T^{\prime }+{\mathrm{\Delta M}}_{YSC}\\ T_{rr}^{*}=T^{\prime }-{\mathrm{\Delta M}}_{YSC}\end{array}\right.$其中，T'＝Kθ_C表示每个车轮的期望驱动转矩，K是电动汽车加速踏板深度，θ_C是反映加速踏板和期望驱动转矩之间对应关系的常数，和分别表示左前、右前、左后、右后四个车轮的指令转矩；再将分配的4个车轮的指令转矩输入给对应车轮的四个电机，从而控制电动汽车的横摆侧向运动，使汽车车身稳定。