[发明专利]基于独立轮系的电动车辆稳定性控制方法

权利要求书

1.一种基于独立轮系的电动车辆稳定性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建二自由度前后轮同时转向的动力学模型；

针对车辆的耦合关系，对二自由度前后轮同时转向的动力学模型进行耦合分析，结合车辆的力学特性，获取解耦的数学模型；

构建汽车的车轮模型和轮胎模型，并结合解耦的数学模型求得前后车轮预计所需驱动力矩，建立独立轮系的驱动控制，实现车轮的独立控制；

基于二自由度前后轮同时转向的动力学模型获取汽车系统模型的状态空间方程，并基于状态空间方程建立控制器实现电动车辆稳定性控制；

所述建立独立轮系的驱动控制，具体如下：

根据轮胎模型特点和车辆运动特性，选择使用魔术公式轮胎模型:

F_x＝Dsin(Carctan(BS-E(BS-arctan(BS))))

式中，此时的B为纵向力刚度因子；C为纵向力曲线形状因子；D为纵向力峰值因子；E为纵向力曲线的曲率因子；s为车轮的滑移率；此时，B、C、D、E的具体计算和取值如下式：

C＝1.65

D＝(A₁F_z²+A₂F_z²)

E＝(A₆F_z²+A₇F_z²+A₈)

将车辆模型分解为独立的轮系，针对车轮进行受力分析，并建立轮胎模型

由车轮的受力情况，可以得出以下关系式：

式中：I_w为车轮绕车轴的转动惯量；ω_i为车轮转速；T_di为车轮驱动转矩；F_xi为轮胎纵向力；R为轮胎半径；T_f为轮胎受到的滚动阻力矩；

将解耦数学模型、轮胎模型和车轮模型分析整理后，得到前后轮预计所需驱动力矩:

式中：T₁，T₂为前后轮驱动力矩。

2.根据权利要求1所述的基于独立轮系的电动车辆稳定性控制方法，其特征在于，所述构建二自由度前后轮同时转向的动力学模型，具体为：通过对车辆进行模型推导，构建二自由度汽车动力学模型，并在二自由度汽车动力学模型基础上加上后轮转向，建立二自由度前后轮同时转向的动力学模型。

3.根据权利要求2所述的基于独立轮系的电动车辆稳定性控制方法，其特征在于，所述车辆线性二自由度的运动微分方程如下：

线性二自由度两轮转向车辆微分方程如下：

式中：m为整车质量；I_z为横摆转动惯量；a为质心到前轴的距离；b为质心到后轴的距离；u为车速；β为质心侧偏角；v为侧向速度；ω_r为横摆角速度；δ_f为前轮转角；δ_r为后轮转角；k_f为前轮的侧偏刚度，k_r为后轮的侧偏刚度。

4.根据权利要求1所述的基于独立轮系的电动车辆稳定性控制方法，其特征在于，所述基于状态空间方程建立控制器实现电动车辆稳定性控制，具体为：以后轮转角与前轮转角成比例形成前轮转角前馈控制；基于横摆角速度反馈控制，以理想横摆角速度和实际横摆角速度的误差与误差率为控制变量，建立模糊PID控制器对后轮转角进行反馈控制，建立前轮前馈及后轮反馈综合控制模型作为分步并行控制系统的输入变量。

5.根据权利要求1所述的基于独立轮系的电动车辆稳定性控制方法，其特征在于，所述基于状态空间方程建立控制器实现电动车辆稳定性控制，在一定的行驶工况下，汽车转向不能保证车辆的稳定性，则基于滑模控制策略建立滑膜控制器作为控制系统的补偿控制器，得到附加横摆力矩，并将补偿控制量分配给车轮，结合驱动控制系统和解耦的数学模型，建立基于独立轮系的分步并行控制结构对电动车操纵稳定性进行控制。

6.根据权利要求5所述的基于独立轮系的电动车辆稳定性控制方法，其特征在于，所述基于独立轮系的分步并行控制结构对电动车操纵稳定性进行控制，具体如下：

(1)滑模面设计

滑模面方程为：

θ＝ζ(ω_rd-ω_r)+τ(β_d-β)

式中：ω_rd为理想横摆角速度；ω_r为实际横摆角速度；β_d为理想质心侧偏角；β为实际质心侧偏角；ζ、τ为调节参数；

(2)滑膜规律建立

采用等效控制联合监督控制的控制方法，等效控制采用等效控制函数U_rd，监督控制采用等速趋近律控制U_r

U＝U_rd+U_r

令且U_rd＝ΔM，则

根据二自由度汽车动力模型，v≈Vβ；u≈V；得：

为了抑制滑模控制的抖振现象，监督控制U_r为：