[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

说明书

一种四轮毂电机驱动车辆上层运动状态控制方法，其基于模糊控制实现车辆运动状态参考值的动态调节，通过修正横摆角速度参考值得到综合参考量，能够有效简化质心侧偏角与横摆角速度自适应联合控制的设计，有利于综合协调不同附着条件下车辆的操纵性与稳定性。方法中建立的基于改进滑模控制方法的上层运动控制器，能够有效实现对纵向车速、横摆角速度及质心侧偏角等运动状态量的联合控制，且在保证控制精度的同时抖振较小、响应速度较快，一定程度改善了运动控制对外界扰动及系统参数变化的适应能力，保证了车辆对各参考运动状态良好的跟踪效果。由此提供的最终转矩分配可以保证车辆在不同附着条件下良好的操纵稳定性。

技术领域

本发明涉及分布式驱动车辆控制技术领域，具体涉及针对四轮毂电机驱动车辆在不同附着系数及变附着系数道路条件下实现稳定操纵的控制方法。

背景技术

四轮毂电机驱动车辆四个驱动轮的驱动/制动转矩可以独立控制，更有利于实现转向过程中的操纵稳定性控制。目前对于轮毂电机驱动车辆的操纵稳定性控制多采用直接横摆力矩控制(DYC)，其在轮胎线性和非线性工作区都能取得良好的稳定性控制效果。基于DYC的操纵稳定性控制策略主要有集成控制和分层控制两种控制结构。其中，分层控制主要包含上层运动控制和下层转矩分配控制，上层运动控制器根据驾驶员模型指令产生目标控制力及力矩，下层力矩分配控制器根据目标控制力及力矩产生各驱动轮转矩指令。上层运动控制通常以车辆转向时的运动状态作为被控参量,其根据参考模型给出的状态参考量与反馈的实际量之间的偏差，通过合适的控制方法计算应施加在车辆上的力和力矩。然而，现有的上层运动控制还主要存在以下几个问题：

1、大部分上层运动控制仅体现对车辆横摆角速度的控制，未考虑质心侧偏角对操纵稳定性的影响，缺少对质心侧偏角和横摆角速度的联合控制；

2、大部分上层运动控制未对横摆角速度、质心侧偏角设置参考值并进行控制，仅对动力学参数进行约束，并未实现对横摆角速度、质心侧偏角的准确控制；

3、大部分上层运动控制对质心侧偏角估计和轮胎模型精度要求过高，权重系数难以确定、缺乏物理含义，不便于系统整定；

4、目前研究较少考虑路面附着系数对上层运动控制的影响，而不同附着系数下，质心侧偏角和横摆角速度的响应对车辆操纵稳定性控制的影响是不同的，现有的对二者联合控制的方法难以实现对路面附着的自适应控制。

发明内容

有鉴于此，为解决现有四轮毂电机驱动车辆上层运动状态控制方式中所存在的上述技术问题，本发明提供了一种四轮毂电机驱动车辆上层运动状态控制方法，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；

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。

进一步地，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：