[发明专利]四轮独立驱动、制动和转向的电动车辆分层协调控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于四轮独立驱动、制动和转向的电动车辆，考虑能量回馈效率时的横摆稳定性控制方法，属于电动车辆控制技术领域。 

背景技术

四轮独立驱动、制动和转向的电动车辆与内燃机车辆、单电机中央驱动型电动车辆、两轮独立驱动电动车辆等相比，在底盘结构、模块化设计、整车动力学控制等方面有其独特优势。能量回馈制动技术是电动车辆增加续航里程、提高能量利用效率的关键手段之一。 

现有的四轮独立驱动、制动和转向的电动车辆的横摆稳定性控制系统由直接横摆力矩控制子系统与主动转向控制子系统组成，两个子系统采用“平行”协调方式，普遍使用独立的控制器，分别根据车辆实际横摆角速度与理想横摆角速度的偏差独自形成控制量。其中直接横摆力矩控制子系统采用驱动与制动相结合的方式，具体有两种方法：(1)采用驱(制)动外前轮、制(驱)动内后轮的方法；(2)驱动左(右)侧车轮、制动右(左)侧车轮。上述协调方法中没有考虑能量回馈效率问题，能量回馈效率低。 

发明内容

本发明针对现有四轮独立驱动、制动和转向的电动车辆横摆稳定性控制系统中直接横摆力矩控制子系统、主动转向控制子系统协调控制方法存在的不足，提出一种四轮独立驱动、制动和转向的电动车辆分层协调控制方法，该方法采用“控制器+分配器”的分层协调控制方法，依据车辆横摆控制器需求，分层次的形成车轮的制动、主动转向和驱动指令，达到提高能量回馈效率的目的，在维持车辆横摆稳定性的同时能够取得更高能量回馈效率。 

本发明的四轮独立驱动、制动和转向的电动车辆分层协调控制方法，具体包含以下步骤： 

(1)根据车辆的实际横摆角速度与理想横摆角速度的偏差形成需求力矩M_des，规定逆时针方向为正； 

(2)计算当前四个车轮与地面间沿着轮胎滚动方向的附着力形成横摆力矩M时的对应力臂L_i，i为车轮编号，i＝1,2,3,4，分别代表车辆的左前轮，右前论，左后轮，右后轮； 

(3)根据需求力矩M_des方向，确定使用驱动力矩形成需求力矩M_des所使用的车轮编号n，确定使用制动力矩形成需求力矩M_des的车轮编号m；如果M_des>0则n＝2，4；m＝1，3；如果M_des<0则n＝1，3；m＝2，4； 

(4)计算当前使用制动力矩的车轮m与地面间沿着轮胎滚动方向允许的制动力的下界F_{b_min_m}，F_{b_min_m}<0；计算当前使用驱动力矩的车轮n与地面间沿着轮胎滚动方向允许的驱动力的上界F_{d_max_n}，F_{d_max_n}>0； 

(5)根据车轮形成需求力矩M_des时的对应力臂L_i，确定当前状态下使用制动力矩的车轮 m能够形成的横摆力矩范围[M_{b_min},M_{b_max}]以及使用驱动力矩的车轮n能够形成的横摆力矩范围[M_{d_min},M_{d_max}]； 

(6)如果需求力矩M_des∈[M_{b_min},M_{b_max}]，则仅形成使用制动力矩的车轮m的力矩指令，按照“最大限度使用制动力矩”原则，在满足需求力矩M_des与轮胎附着力限制的前提下，考虑回馈制动效率，将M_des在车轮m上进行分配，得到期望作用于车轮m的制动力矩指令，使用驱动力矩的车轮n，其驱动力矩指令都是0，另车轮的主动转向指令都是0； 

步骤(6)依据M_des的不同，具体实现过程分三种情况： 

情况1，如果M_des>0： 

①将“最大限度使用制动力矩”原则描述为下式：minJ＝T₁+T₃   (a-1)； 

②将“满足需求力矩M_des与轮胎附着力限制的前提”分别描述为式(b-1)和式(c-1)： 

M_des＝-(T₁L₁+T₃L₃)/R   (b-1)，