[发明专利]一种四轮毂电机驱动车辆上层运动状态控制方法

权利要求书

1.一种四轮毂电机驱动车辆上层运动状态控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤一、针对四轮毂电机驱动车辆，建立包含包括纵向、侧向、横摆以及四个车轮转动自由度的七自由度车辆动力学模型；

步骤二、确定反映车辆运动特性的状态变量：纵向车速、质心侧偏角和横摆角速度，根据不同道路附着条件设置约束条件，确定所述纵向车速、质心侧偏角的参考值，并结合一维模糊控制规则确定横摆角速度的参考值，具体包括：

将车辆纵向加速度与踏板角位移之间假设为线性关系，则车辆的纵向速度参考值V_x-des可表示为以下形式：

其中，V_x0为初始速度,a_xd为纵向加速度，t为时间；

设V_x、V_y和γ分别表示车辆的纵向车速、侧向车速及横摆角速度，和则分别是各参数对应的导数，a与b分别表示车辆的前轴距和后轴距，前轮转向角为δ_f，横摆角速度的稳态增益为G_γ，车辆的横摆角速度稳态响应γ_ss有以下形式：

其中，K_f和K_r分别表示前后轮胎侧偏刚度，L代表车辆前桥到后桥的距离，m为车辆质量；

对于稳态转向过程，有车辆侧向加速度可表述为

考虑来自路面附着条件的约束，存在|a_y|≤μg，由此有：

其中，μ为路面附着系数，g为重力加速度；

综合驾驶员输入及路面附着的影响，并预留一定附着裕度，车辆横摆角速度γ_-des的参考值有以下形式：

同理，参考质心侧偏角β_-des也通过上述方法求解得到；

考虑到横摆力矩M_z对状态控制的影响，将其作为控制量引入二自由度动力学模型中，可得：

式中，I_z表示横摆转动惯量；

当横摆力矩M_z使得质心侧偏角为0时，可以保证车辆较好的稳定性，此时横摆角速度稳态响应γ′_ss有以下形式：

由此，相应的参考横摆角速度γ′_-des有以下形式：

引入权重因子k(β)∈[0,1]对两个参考横摆角速度γ_-des及γ'_-des进行权衡，得到的综合横摆角速度参考值有以下形式：

其中，k(β)由一维模糊控制器计算得到，根据β确定对k(β)是优先控制γ，还是抑制β；

步骤三、针对经典滑模控制，引入误差积累项并建立改进的滑模控制方法；

步骤四、基于步骤一所建立的车辆动力学模型确定转向运动所需的纵向力和横摆力矩方程；

步骤五、基于步骤三中改进的滑模控制方法和步骤四所确定的纵向力方程，得到目标纵向力的上层运动控制器，实现车辆纵向速度对纵向车速参考值的跟随控制；

步骤六、基于步骤三所建立的改进滑模控制方法和步骤四所确定的横摆力矩方程，得到目标横摆力矩的上层运动控制器，实现横摆角速度对横摆角速度参考值的跟踪控制；

步骤七、进行下层力矩分配，根据目标纵向力以及目标横摆力矩得到期望四轮转矩，将指令分配到四个电机控制器，实现对四轮毂电机驱动车辆的直接控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤一中所建立的七自由度车辆动力学模型，可以表示为以下方程：

其中，V_x、V_y和γ分别表示车辆的纵向车速、侧向车速及横摆角速度，和则分别是各参数对应的导数；F_xij与F_yij代表各轮胎所受的纵向力和侧向力，其中i∈{f,r}表示前后，j∈{l,r}表示左右；

其中，系数矩阵B_x、B_y分别为：

其中，m为车辆质量，δ_f为前轮转角，a与b分别表示车辆的前轴距和后轴距，d为轮距的一半，I_z表示横摆转动惯量。