[发明专利]四轮转向四轮驱动智能底盘稳定性控制方法

权利要求书

1.四轮转向四轮驱动智能底盘稳定性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：整车控制器获取驾驶员输入的前轮转角及请求的车速的信息，并控制底盘反馈实时的质心侧偏角、横摆角速度、纵向加速度、横向加速度和纵向车速的信息；

S2：整车控制器根据驾驶员输入的前轮转角及底盘反馈的纵向车速，通过前轮转向理想二自由度模型求得理想值X_d，其中前轮转向理想二自由度模型为：

其中，m为底盘质量；a为底盘的前轴距质心距离，b为底盘的后轴距质心距离；u为底盘反馈的纵向车速；k₁为底盘的前轴等效侧偏刚度，k₂为底盘的后轴等效侧偏刚度；I_z为底盘的横摆转动惯量；β_d为底盘的理想质心侧偏角，γ_d为底盘的理想横摆角速度；为底盘的理想质心侧偏角的导数，为底盘的理想横摆角速度的导数；δ_f为前轮转角；

底盘在稳态情况下，和分别等于零，代入上述公式，求取底盘在稳态情况下的横摆角速度值，并以此值作为底盘的理想横摆角速度γ_d；由于底盘的质心侧偏角越小越好，因此将底盘的理想质心侧偏角β_d设为零，取：

求得理想值X_d；

S3：通过自适应终端滑模控制，求得后轮转角δ_r及底盘的附加横摆力矩ΔM，具体流程为：

S31：建立四轮转向四轮驱动智能底盘动力学模型如下：

令：

则：

其中，β为底盘反馈的质心侧偏角，为β的导数；γ为底盘反馈的横摆角速度，为γ的导数；

为了后续便于描述，令：

则A、E、B分别表示为：

S32：取跟踪误差e为：

为了描述方便，令：

取滑模面s为：

其中，c₁，c₂，d₁，d₂，p，q均为常数，c₁，c₂，d₁，d₂＞0，p，q为正奇数，且p＞q；

对滑模面进行求导：

其中，为s的导数，为e的导数，为X_d的导数，

该滑模面引入了一项非线性项，当跟踪误差e远离平衡原点时，ce起主要作用，保证e具有较快的收敛速度；当e接近平衡原点时，de^q/p起主要作用，保证系统状态的有限时间收敛特性；

取指数趋近控制律为：

其中，k_a，k_b为正数；

因此，控制律为：

S33：取Lyapunov函数为：

其中，s^T为矩阵s的转置矩阵；为r_k的估计值，k取值为111，112，121，122，21，22，τ_k为常数；

S34：A、E、B矩阵的自适应律的求解

对Lyapunov函数求导：

其中，为的导数；

取自适应率为：

因此，当且仅当s＝0时，根据Lasalle不变性原理，闭环系统为渐进稳定，即当t→∞时，s→0；

为了防止因过大而导致控制律U不准确，需要通过自适应率的设计使的变化在范围内，采用一种映射自适应算法，对自适应率进行修正：

其中：

取分别为A、E、B的估计值，则：

S35：控制律U可表示为：

求得δ_r和ΔM，其中δ_r由整车控制器直接施加给底盘执行；

S4：进行速度跟随控制，即根据驾驶员请求的车速ud与底盘反馈的纵向车速u的差值eu做PI控制，求得维持驾驶员请求的车速所需的纵向力矩请求T：

其中，K_p为比例项系数，K_i为积分项系数；

S5：进行驱动力分配控制，即根据自适应终端滑模控制求得的ΔM与速度跟随控制求得的T，通过序列二次规划算法SQP求取底盘的车轮转矩：

为了便于表述，引入轮胎负荷率ρ_j：

其中，fl，fr，rl，rr分别代表底盘的前左轮、前右轮、后左轮、后右轮，F_xj为车轮纵向力，F_zj为车轮垂向载荷，μ为路面附着系数，T_j为底盘的车轮转矩，r为轮胎滚动半径；

F_zj通过以下公式求得：

其中，g为重力加速度，a_x为底盘反馈的纵向加速度，a_y为底盘反馈的横向加速度，h为质心高度，W为轮距；

底盘的车轮转矩T_j通过求解如下优化目标函数获得：

min J＝∑[ρ_j-E(ρ_j)]²+εE(ρ_j)

s.t.

T_fl+T_fr+T_rl+T_rr＝T

0≤T_j≤min(T_max，μF_zir)

其中，E(ρ_j)为轮胎负荷率的平均值，ε为权重系数，T_max为轮毂电机所能提供的最大力矩；

整车控制器将所求得的底盘的车轮转矩T_j发送给底盘各轮毂电机控制执行。