[发明专利]基于高阶滑模的电动汽车稳定性直接横摆力矩控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车稳定性的控制领域，特别涉及一种基于高阶滑模的电动汽车稳定性直接横摆力矩控制方法。

背景技术

通常情况下，电动汽车转向操纵都能实现较平稳的转向控制，但遇到极限情况时极易造成车辆进入动力学不稳定状态，出现严重的过多转向或不足转向问题，甚至甩尾。汽车直接横摆力矩控制(以下简称DYCDirectyawmomentcontrol)的开发就是旨在淡化驾驶人员的操作技能对车辆运动安全性的影响，在车辆的各种行驶状态下通过对每个车轮的受力进行调节，克服过多转向或不足转向，从而主动地对车辆进行动力学控制，提高电动汽车在高速和恶劣道路等极限条件下行驶时的操纵稳定性。

目前，横摆力矩控制策略常采用的方法有滑模控制、预测控制和模糊控制等，并取得了不错的效果。但是，由于电动汽车系统中的燃烧及能量转化过程的复杂性、机械部件的磨损和变形特性，轮胎结构材料力学性能的复杂性和非线性、行驶工况的多样性，使得整车稳定性控制系统具有高阶、非线性和强耦合的特征，很难找到精确的机理模型来准确的描述其动力学特性，目前已有的模型大多是忽略很多因素简化得到的，在此基础上设计的控制策略是难以保证整车全工况条件下性能指标最优的；随着设备的老化或环境、负载的作用，设备的性能会随之退化，当累积到一定程度时，导致退化失效，使得原有的基于模型的控制器控制品质下降，随着使用年限和行驶里程的增加，排放浓度和油耗呈现不断增加趋势。因此，需要选用具有高鲁棒性的控制策略，模糊控制是基于专家经验的控制方法，控制品质与专家经验密切相关，很难保证全工况下整车性能最优。如何根据受控系统的动态特性，去选择控制规律，才能使得系统按照一定的技术要求运行，并使得描述系统性能或品质的某个指标在一定的意义下达到最优值，解决最优控制问题的主要方法有古典变分法、极大值原理和动态规划等。

考虑在实际的电动汽车稳定性控制系统设计中很难得到精确、完整的运动模型。因此在建立数学模型时，常做合理的近似处理，忽略一些不确定性的因素，诸如参数误差、未建模动态、观测噪声以及不确定性的外界干扰等等，然而这些不确定性的存在可能会引起控制系统品质恶化，甚至成为系统不稳定的原因。

滑模变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识、实现简单等优点受到各国学者的重视。传统的滑模变结构控制采用线性滑模，系统状态与给定轨迹之间的偏差渐近收敛。与线性滑模相比，终端滑模通过在滑模中有目的的引入非线性项，改善了系统的收敛特性，使得系统状态在有限时间内收敛到给定轨迹。因此终端滑模具有动态响应速度快，有限时间收敛，稳态跟踪精度高等优点，特别适用于高精度的控制。但是这两种滑模变结构控制都存在一个严重的缺点，即抖振。由于抖振很容易激发系统的未建模特性，从而影响了系统的控制性能，给滑模变结构控制的实际应用带来了困难。应运而生的高阶滑模保持了传统滑模的优点，抑制了抖振，消除了相对阶的限制并提高了控制精度，因此高阶滑模理论特别适用于高精度的控制，并且在实际工程中逐渐得到了推广和应用。

发明内容

为了解决电动汽车稳定性直接横摆力矩控制系统在高速和恶劣道路等极限条件下出现的过多转向或转向不足，参数摄动、外界环境条件变化导致所设计的控制策略失效而引发的电动汽车行驶稳定性问题，本发明提出了一种基于高阶滑模的电动汽车稳定性直接横摆力矩控制方法，有效提高了系统动态响应的快速性和鲁棒性，提高了电动汽车高速和恶劣道路等极限条件下的行驶稳定性。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

基于高阶滑模的电动汽车稳定性直接横摆力矩控制方法，其方法包括如下步骤：

步骤一、理想横摆角速度计算器根据信号采集与调理电路检测到实际车辆的方向盘转角和纵向车速，求得理想横摆角速度值；

步骤二、根据检测到的实际车辆当前时刻的横摆加速度和步骤一求得的理想横摆角速度值，经基于主动控制与自适应估计的鲁棒观测器获得质心侧偏角估计值；

步骤三、高阶滑模控制器以横摆角速度与理想横摆角速度的偏差、由步骤二获得的实际车辆的质心侧偏角两个参数作为输入变量，采用汽车稳定性直接横摆力矩的高阶滑模控制策略，计算求得满足汽车稳定性的直接横摆力矩；

步骤四、横摆力矩分配器以车辆稳定裕度为目标函数，以步骤三求得的直接横摆力矩限制、车辆电机的输出限制、路面附着条件等为约束条件，利用支持向量机算法计算获得实际车辆四个车轮的驱动力矩或制动力矩，使汽车实际运行路径与期望路径保持一致，实现对汽车稳定性直接横摆力矩的控制。

本发明的有益效果如下：