轮毂电机驱动车辆转向稳定性控制方法与流程

本发明涉及汽车转向控制技术领域，具体地指一种轮毂电机驱动车辆转向稳定性控制方法。

背景技术：

在轮毂电机驱动车辆与传统车辆相比，其在动力配置、传动效率、操控性能以及能源利用等方面具有技术优势，其响应快捷，正反转灵活，瞬间动力性能更为优越，显著提高了车辆适应恶劣路面条件的行驶能力。轮毂电机四轮具备独立驱动的特性，可快速精确调节单轮转矩，轮毂电机驱动车辆能够通过调整四轮转矩或转速实现车辆的转向，提高车辆的操纵稳定性。

轮毂电机驱动车辆转向过程中存在不足转向、中性转向和过度转向三种工况，如果不能合理设计各工况下四轮转矩控制方法，难以保证车辆转向稳定。

中国专利cn107042841a公开了一种轮毂电机驱动电动汽车差动助力转向稳定性控制方法。该方法基于可拓理论对汽车的行驶状态进行划分，对应可拓集合中的经典域、可拓域和非域，在汽车趋于失稳和失稳状态时加入横摆转矩控制，确定差动助力转向系统和横摆转矩控制系统的协调控制范围，提高装配差动助力转向系统电动汽车的转向行驶稳定性；选用汽车的质心侧偏角和横摆角速度偏差作为特征状态提取量，且当上述特征状态处于不同的集合状态时采用不同的控制策略以协调横摆转矩和差动转向转矩，针对汽车不同行驶状态完成四轮驱动转矩的优化分配，从而拓展差动助力转向的工作范围，有效地提高了整车的稳定性，降低危险发生的可能性，保证汽车在行驶过程中的安全性。

上述方法存在三点问题，一是未考虑车速影响，行驶状态划分条件宽泛，控制转向稳定性的精准度不足。二是未考虑中性转向工况时四轮转矩控制。三是无法实时计算准确调整轮毂电机各轮目标驱动转矩值，导致整个转向稳定性控制精度低。

技术实现要素：

本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种轮毂电机驱动车辆转向稳定性控制方法，该方法可以提高转向稳定性的控制精度，提高车辆转向稳定性和驾驶安全性。

为实现上述目的，本发明提供一种轮毂电机驱动车辆转向稳定性控制方法，获取各轮驱动转矩初始值，根据横摆角速度、质心侧偏角和纵向车速划分转向稳定性控制模式，转向稳定性控制模式包括不足转向控制模式、正常转向控制模式和过度转向控制模式，确定对应转向稳定性控制模式下的各轮转矩调节量，根据各轮转矩初始值和各轮转矩调节量确定各轮目标驱动转矩并对各轮实际转矩进行反馈控制，使各轮实际行驶路径与期望行驶路径一致。

进一步地，当横摆角速度绝对值小于或等于安全横摆角速度，且质心侧偏角绝对值小于或等于安全质心侧偏角时，进入正常转向控制模式，无需进行助力转向。

进一步地，当横摆角速度绝对值大于安全横摆角速度，且质心侧偏角绝对值小于或等于安全质心侧偏角，且纵向车速小于或等于安全纵向车速时，进入不足转向控制模式，进行同向助力转向。

进一步地，当实车工况满足第一工况条件即质心侧偏角绝对值大于安全质心侧偏角，或当实车工况满足第二工况条件即质心侧偏角绝对值小于或等于安全质心侧偏角且横摆角速度绝对值大于安全横摆角速度且纵向车速大于安全纵向车速时，进入过度转向控制模式，进行反向助力转向。

进一步地，在正常转向控制模式中，各轮目标驱动转矩等于各轮驱动转矩初始值，各轮目标驱动转矩的取值范围为，大于或等于低速蠕行驱动转矩且小于或等于两倍的各轮驱动防滑转矩。

进一步地，在不足转向控制模式中，各轮转矩调节量ttr_poc的确定方法为

ttr_poc＝ttpoc*(γ-γsafe)*f(vx)

其中，ttpoc为差动助力转向单轮转矩单位调整量，γ为横摆角速度，γsafe为安全横摆角速度，f(vx)为纵向车速权重函数。

进一步地，在过度转向控制模式中，当质心侧偏角绝对值小于或等于安全质心侧偏角，且横摆角速度绝对值大于安全横摆角速度，且纵向车速大于安全纵向车速时，各轮转矩调节量ttr_dyc的确定方法为

ttr_dyc＝ttγ1*γyc_err*f(vx)

其中，ttγ1为横摆角速度控制单轮转矩单位调整量，γyc_err为横摆角速度控制误差，f(vx)为纵向车速权重函数。

进一步地，在过度转向控制模式中，当质心侧偏角绝对值大于安全质心侧偏角时，各轮转矩调节量ttr_dyc的确定方法为

其中，ttγ1为横摆角速度控制单轮转矩单位调整量，γyc_err为横摆角速度控制误差，ttβ1为质心侧偏角控制单轮转矩单位调整量，β为质心侧偏角，βdyc为安全质心侧偏角即质心侧偏角稳定上限值，kβ为优化控制精度的运算系数，f(vx)为纵向车速权重函数。

进一步地，在不足转向控制模式中，外侧轮目标驱动转矩等于外侧轮驱动转矩初始值与转矩调节量之和，内侧轮目标驱动转矩等于内侧轮驱动转矩初始值与转矩调节量之差。

进一步地，在过度转向控制模式中，外侧轮目标驱动转矩等于外侧轮驱动转矩初始值与转矩调节量之差，内侧轮目标驱动转矩等于内侧轮驱动转矩初始值与转矩调节量之和。

本发明的有益效果：

1、控制模式划分更细化，提高控制精度。划分转向稳定性控制模式时还综合考虑了纵向车速的影响，根据横摆角速度、质心侧偏角和纵向车速将车辆行驶的工况划分为八个区间和三种控制模式，且增加了正常转向控制模式时对各轮总转矩的限制，

2、各轮转矩调节量计算精准，提高转向稳定性。本发明分别给出了不足转向、正常转向和过度转向控制模式时各轮转矩调节量的确定方法，可以精确控制各轮总转矩，提高了各轮的转向稳定性。

附图说明

图1为本发明控制方法的流程图。

图2为不足转向控制和过度转向控制的示意图。

具体实施方式

下面具体实施方式用于对本发明的权利要求技术方案作进一步的详细说明，便于本领域的技术人员更清楚地了解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下面具体的实施例。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。

如图1所示，一种轮毂电机驱动车辆转向稳定性控制方法，其主要控制思路为：首先根据整车动力学观测系统获取车辆的运动参数，包括四轮垂直载荷、横摆角速度、质心侧偏角和纵向车速，根据四轮垂直载荷和各轮的轮荷比得到各轮驱动转矩初始值；根据横摆角速度、质心侧偏角和纵向车速划分转向稳定性控制模式，转向稳定性控制模式包括不足转向控制模式、正常转向控制模式和过度转向控制模式，确定对应转向稳定性控制模式下的各轮转矩调节量，根据各轮转矩初始值和各轮转矩调节量确定各轮目标驱动转矩并对各轮实际转矩进行反馈控制，使各轮实际行驶路径与期望行驶路径一致。

上述技术方案中，通过二自由度车辆动力学模型得到期望横摆角速度γept、期望质心侧偏角βept，并计算车辆安全横摆角速度γsafe、车辆横摆角速度γ和车辆横摆角速度控制误差γyc_err。

其中，车辆期望横摆角速度＝横摆转动惯量*纵向车速*(-方向盘有效转角)/轴距，即

车辆安全横摆角速度＝横摆转动惯量*纵向车速*方向盘安全角度/轴距，即

车辆横摆角速度＝车辆横摆角速度测量值+横摆角速度测量误差，即γ＝γm+γerr。

车辆横摆角速度控制误差＝车辆横摆角速度-车辆期望横摆角速度，即γyc_err＝γ-γept。

然后分别构建横摆角速度、质心侧偏角的判定函数和纵向车速的权重函数并确定其取值。

通过纵向车速权重函数f(vx)将车辆行驶速度分为两个区间。纵向车速权重函数f(vx)为

其中，vx为纵向车速，vpoc为安全纵向车速即不足转向控制速度上限值，取值为20m/s，kvpoc为安全纵向车速增益即不足转向控制速度增益，即速度的放大倍数，取值为8。

通过横摆角速度判定函数f(γ)将车辆转向行驶状态分为两个区间。横摆角速度判定函数f(γ)为

其中，|γ|为横摆角速度的绝对值，γsafe为安全横摆角速度。

当前轮转角δ较小且横摆角速度的绝对值|γ|小于等于安全横摆角速度γsafe时，车辆适度转向。当前轮转角δ较大且横摆角速度的绝对值|γ|大于安全横摆角速度γsafe时，车辆大幅度转向。

通过质心侧偏角判定函数f(β)将车辆转向行驶状态分为两个区间。质心侧偏角相关判定函数f(β)为

其中，β为质心侧偏角，βdyc为安全质心侧偏角即质心侧偏角稳定上限值。

当质心侧偏角β的绝对值始终在小于或等于βdyc的范围内时，说明车辆转向行驶轨迹一致性很好，不足转向或过度转向的程度较轻，处于稳定工况，转向稳定性可控；当质心侧偏角发生突变且其绝对值大于βdyc时，车辆进入了非稳定行驶工况，轮胎侧向力达到附着极限，车辆甩尾，车辆行驶轨迹一致性较差，出现严重不足转向或过度转向。

如表1所示，以纵向车速权重函数f(vx)、横摆角速度判定函数f(γ)、质心侧偏角判定函数f(β)将车辆转向行驶状态划分为八个工况区间和三种转向稳定性控制模式，并采取三种相应的控制方法优化车辆的转向稳定性。

表1转向稳定性控制模式划分表

如表1所示，当横摆角速度绝对值小于或等于安全横摆角速度，且质心侧偏角绝对值小于或等于安全质心侧偏角时，进入正常转向控制模式，无需进行助力转向。各轮目标驱动转矩等于各轮驱动转矩初始值，仅仅对各轮目标驱动转矩的取值进行限制，各轮目标驱动转矩的取值范围为，大于或等于低速蠕行驱动转矩且小于或等于两倍的各轮驱动防滑转矩。本实施例中，低速蠕行驱动转矩为15n·m，各轮驱动防滑转矩的确定方位为，在整车的防滑控制模块中，各轮驱动防滑转矩通过整车控制器的驱动防滑控制模块计算，先由各轮转速与车速计算各轮的滑转率，再判断各个车轮转速与车速等效转速的转速差是否大于滑转阈值，若某轮的转速差大于滑转阈值则进行控制，基于当前滑转率使用pid算法调节轮毂电机的输出转矩，所以各轮驱动防滑转矩是动态值。

如表1和图2所示，当横摆角速度绝对值大于安全横摆角速度，且质心侧偏角绝对值小于或等于安全质心侧偏角，且纵向车速小于或等于安全纵向车速时，进入不足转向控制模式，进行同向助力转向，通过对外侧车轮施加驱动力，对内侧车轮施加制动力，产生与原横摆转矩方向相同的附加横摆转矩，增大横摆转矩，克服不足转向，使得实际路径与期望路径相同，实现车辆的转向稳定控制。

在不足转向控制模式中，外侧轮目标驱动转矩等于外侧轮驱动转矩初始值与转矩调节量之和，内侧轮目标驱动转矩等于内侧轮驱动转矩初始值与转矩调节量之差。

在不足转向控制模式中，各轮转矩调节量ttr_poc的确定方法为

ttr_poc＝ttpoc*(γ-γsafe)*f(vx)

其中，ttpoc为差动助力转向单轮转矩单位调整量，取值为2n·m，γ为横摆角速度，γsafe为安全横摆角速度，f(vx)为纵向车速权重函数。

根据横摆角速度误差实时调整各个轮毂电机左右力矩差，并考虑速度在车辆动力学里与横向运动、轮胎摩擦力利用率都有强关联性，作为加权因素参与计算转矩调节量，既提高了车辆的操纵性，又提高了轮毂电机驱动车辆内外侧车轮目标驱动转矩的准确性。

如表1和图2所示，当实车工况满足第一工况条件即质心侧偏角绝对值大于安全质心侧偏角，或当实车工况满足第二工况条件即质心侧偏角绝对值小于或等于安全质心侧偏角且横摆角速度绝对值大于安全横摆角速度且纵向车速大于安全纵向车速时，进入过度转向控制模式，进行反向助力转向。通过对外侧车轮施加制动力，对内侧车轮施加驱动力，产生与原横摆转矩方向相反的附加横摆转矩，减小横摆转矩，克服过度转向，使得实际路径与期望路径相符，实现车辆的转向稳定控制。

在过度转向控制模式中，外侧轮目标驱动转矩等于外侧轮驱动转矩初始值与转矩调节量之差，内侧轮目标驱动转矩等于内侧轮驱动转矩初始值与转矩调节量之和。

本实施例中，在过度转向控制模式中，当质心侧偏角绝对值小于或等于安全质心侧偏角，且横摆角速度绝对值大于安全横摆角速度，且纵向车速大于安全纵向车速时，判定为有失稳趋势但未严重失稳，处于稳定工况内，进行稳定状态下的转向横摆稳定性控制dyc，各轮转矩调节量ttr_dyc的确定方法为

ttr_dyc＝ttγ1*γyc_err*f(vx)

其中，ttγ1为横摆角速度控制单轮转矩单位调整量，取值为2n·m，γyc_err为横摆角速度控制误差，f(vx)为纵向车速权重函数。

本实施例中，在过度转向控制模式中，当质心侧偏角绝对值大于安全质心侧偏角时，判定为失稳，处于非稳定工况内，进行失稳状态下的转向横摆稳定性控制dyc，各轮转矩调节量ttr_dyc的确定方法为

其中，ttγ1为横摆角速度控制单轮转矩单位调整量，γyc_err为横摆角速度控制误差，ttβ1为质心侧偏角控制单轮转矩单位调整量，取值为0.2n·m，β为质心侧偏角，βdyc为安全质心侧偏角，kβ为优化控制精度的运算系数，f(vx)为纵向车速权重函数。

在质心侧偏角发生突变或超过安全阈值时，系统判定车辆有横向失稳的危险，质心侧偏角纠正介入，并考虑横摆角速度和速度因素的影响，综合计算各轮转矩调节量，既提高了车辆的稳定性、操纵性和安全性，又提高了轮毂电机驱动车辆内外侧车轮目标转矩的准确性。