[发明专利]一种四轮独立驱动电动汽车稳定性控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及安全辅助驾驶与智能控制领域，尤其涉及一种四轮独立驱动电动汽车稳定性控制方法及系统。

背景技术

汽车稳定性控制是以ABS为基础发展而成的，在传统汽车中，主要在侧向加速度或侧偏角过大的极限工况下工作，利用左右两侧制动力之差产生的横摆力偶矩来防止出现难以控制的侧滑现象。四轮独立驱动电动汽车是当前国内外纯电动车领域研究热点之一，其主要的特点是四个车轮的转矩可以独立分配，这种独立驱动的模式给汽车稳定性控制系统带来了新的设计思路。

针对四轮独立驱动电动汽车的稳定性控制问题，国内外学者提出了很多控制策略，但是目前的控制策略还存在以下问题：第一，稳定性区域判别准确性问题，即稳定性控制系统在什么情况下开始干预汽车运动的问题，过分的或者是过少的干预汽车的运动行驶都不利于提高汽车的稳定性；第二，转矩分配问题，由于四轮独立驱动电动汽车取消了传统汽车的差速器，四个轮子独立驱动，转矩分配不协调极易使汽车处于危险工况。这两个问题都是影响四轮独立驱动电动汽车实用性的重要问题。

发明内容

为了解决现有技术存在稳定性区域判别准确性问题及转矩分配问题，本发明提出了一种四轮独立驱动电动汽车稳定性控制方法及系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：提出了一种四轮独立驱动电动汽车稳定性控制方法，利用稳定性判别模块对四轮独立驱动电动汽车进行控制，所述的稳定性控制系统包括上层稳定性判别模块、中层理想的纵向力及横摆力矩计算模块、下层最优力矩分配模块。所述方法包括步骤100至步骤300：

步骤100：利用上层稳定性判别模块，实时的判别当前汽车是否处于稳定状态；所述上层稳定性判别模块包括相图判别稳定性模块和安全速度区域判别模块。还包括步骤110和步骤120：

步骤110：相图判别稳定性模块利用质心侧偏角-质心侧偏角速度相图来划分汽车运行的稳定性区域和非稳定性区域，通过质心侧偏角估计器传来的数据来判别当前的汽车是否需要横摆力矩控制器进行控制；包括步骤111和步骤112：

步骤111：绘制汽车质心侧偏角-质心侧偏角速度相图。

根据汽车的单轨非线性运动方程公式：

绘制在不同初始条件下质心侧偏角-质心侧偏角速度相图。

其中：β为汽车的质心侧偏角，为汽车的质心侧偏角速度，γ为横摆角速度，为横摆角加速度，m为汽车的质量，v_x为汽车的纵向速度，F_yf为汽车前轮所受的纵向力，F_yr为汽车后轮所受的纵向力，a为前轴到汽车质心的距离，b为后轴到汽车质心的距离，I_z为汽车的转动惯量。

其中，轮胎所受的纵向力采用魔术轮胎公式进行计算：

F_y＝Dsin(Carctan(Bα-E(Bα-arctanBα)))

其中，F_y为轮胎所受的纵向力，B、C、D、E为拟合系数，α为轮胎侧偏角。

步骤112：根据绘制的相图，寻找稳定性边界方程，建立稳定性判别准则。

稳定性边界的区域为：其中B₁、B₂为稳定性边界常数，

β为汽车的质心侧偏角，为汽车的质心侧偏角速度。当测得的质心侧偏角，质心侧偏角速度处在稳定性区域之内时，不启动横摆力矩控制器；当测得的质心侧偏角，质心侧偏角速度处在稳定性区域之外时，启动横摆力矩控制器。

步骤120：安全速度区域判别模块利用最大稳态转弯半径、最大的侧向加速度及侧倾指数形成的约束条件来判别当前的车速是否处在安全区域内。还包括步骤121至步骤124：

步骤121：根据稳态转向半径建立第一个约束条件：

其中A表示不足转向梯度，S₁表示根据稳态转弯半径确定的安全速度区域，k_r表示当前前轮转角下，汽车的瞬时曲率半径，δ_fmax为转向轮最大的转向角度，f₁为由稳态转向确立的曲率半径边界方程，v_x为汽车的纵向速度，L为轴距，a前轴到质心的距离，b为后轴到质心的距离，C_f为前轮侧偏刚度，C_r为后轮侧偏刚度，m为汽车的质量。

步骤122：根据路面附着条件建立第二个约束条件：