[发明专利]一种极限工况下汽车横纵向稳定性协同控制方法

权利要求书

1.一种极限工况下汽车横纵向稳定性协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、利用仿真软件CarSim得到四轮轮毂电机驱动电动汽车模型，实时提供车辆的各状态信息；

步骤二、二自由度参考模型设计，得到考虑路面附着系数限制的车辆横摆角速度和车辆侧向速度的期望值，确定车辆的理想运动状态；

步骤三、上层NMPC控制器设计：基于三自由度车辆动力学模型，考虑轮胎的复合滑移特性建立复合滑移LuGre轮胎模型，设计预测模型，使车辆的横摆角速度和侧向速度能够跟踪其期望值，并抑制轮胎纵向的滑移，以轮胎滑移率和侧偏角为虚拟控制量，优化求解得到的虚拟控制量作为下层控制的期望值；

步骤四、下层附加转矩计算：根据轮胎实际的滑移率和侧偏角与上层给出的期望值之间的偏差量，利用轮胎纵向力与滑移率、侧偏角之间的动力学关系，基于纵向力的变化计算轮毂电机的附加转矩，发送给电动汽车作为输入量。

2.如权利要求1所述的一种极限工况下汽车横纵向稳定性协同控制方法，其特征在于，所述步骤二中，设计的二自由度参考模型，其方程如下：

其中，β为车辆质心侧偏角，γ为横摆角速度，δ是驾驶员给出的方向盘转角，V_x代表车辆纵向速度，C_f为前轮轮胎侧偏刚度，C_r为后轮轮胎侧偏刚度，L_f为车辆质心到前轴的距离，L_r为车辆质心到后轴的距离；I_Z为车辆绕z轴的转动惯量；

将二自由度参考模型得到的瞬态响应作为期望，得到由δ到质心侧偏角和横摆角速度的期望响应β^*和γ^*：

其中，K_β,K_γ分别代表质心侧偏角稳态增益及横摆角速度稳态增益，τ_β,τ_γ分别为两式的微分系数，ω_n表示系统的振荡频率，ξ表示阻尼系数，s代表传递函数的复变量；

期望的质心侧偏角β^*和横摆角速度γ^*都会受到有关路面附着系数的限制，它们的上限值分别为：

其中，m代表车辆质量，μ代表路面附着系数，重力系数g＝9.8m/s²，V_x代表车辆纵向速度，C_r为后轮轮胎侧偏刚度，L_f为车辆质心到前轴的距离，L_r为车辆质心到后轴的距离，L＝L_f+L_r代表前轴到后轴的距离；得到参考质心侧偏角和参考横摆角速度如下：

β_ref＝sgn(δ)min{|β^*|,β_lim}

γ_ref＝sgn(δ)min{|γ^*|,γ_lim}

在质心侧偏角较小时，其值可看作是车辆侧向速度与纵向速度的比值，故根据β_ref可得到侧向速度的参考值V_yref如下：

V_yref＝sgn(δ)V_x·min{|β^*|,β_lim}。