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CN114889446B - 一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法、设备及存储介质 - Google Patents

一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法、设备及存储介质 Download PDF

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CN114889446B
CN114889446B CN202210499593.5A CN202210499593A CN114889446B CN 114889446 B CN114889446 B CN 114889446B CN 202210499593 A CN202210499593 A CN 202210499593A CN 114889446 B CN114889446 B CN 114889446B
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Abstract

本发明公开了一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法、设备及存储介质,方法包括纵向运动控制方法和横向稳定性控制方法。本发明公开的一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法、设备和存储介质,以机动性、通过性、稳定性以及转向灵活性为优化目标,开发了轮毂电脑及驱动层重构优化矢量控制器。本发明提出的纵向控制方法能够有效提升越野车辆在极端起伏地形下的行驶稳定性和通过性;横向控制方法在提高转向灵活性和横摆稳定性的前提下,解决了滑模控制器常见的抖震问题,通过趋近率的自适应调节实现了横摆运动误差跟踪的全局优化。

Description

一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及轮毂电机车辆驱动领域,尤其是一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法、设备及存储介质。
背景技术
近年来,得益于集成技术的逐渐成熟,微型控制器等电子器件得到了长足发展。将其应用到电驱动系统开发中,可显著提升车辆的控制精度和动力性能。配备鲁棒性较好的算法于微型控制器,并结合集成度高、传动链短、机械损耗低、转矩响应速度快、动力强劲等诸多优势的轮毂电机车辆具有良好的发展前景。
越野车辆因其动力性强、通过性高越来越受广大消费者青睐。然而越野车的行驶环境较为复杂,需要具备在各种等级公路、泥泞路和沙地草地等恶劣路面的通过能力,这样对以轮毂电机驱动的越野车机动性和稳定性受到了极大挑战。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法、设备及存储介质。
本发明的第一方面提供了一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法,包括纵向运动控制方法和横向稳定性控制方法;
所述纵向运动控制方法具体包括:
建立轮胎力学模型,根据轮胎力学模型得出车辆的驱动力矩传递方程;
计算车辆的实时轮端输出力矩,通过力矩矢量预分配,调节车辆的车轮附着利用率;
设计滑膜控制器,通过滑膜控制器输出的驱动力矩指令跟踪车轮的滑转率误差,以提高纵向运动控制效果;
所述横向稳定性控制方法具体包括:
设计车辆前馈控制方法,得到前馈横摆力矩;
设计车辆反馈控制方法,得到反馈横摆力矩;
根据前馈横摆力矩和反馈横摆力矩,通过力矩矢量再分配,调节车辆的车轮附着利用率。
进一步地,所述建立轮胎力学模型,根据轮胎力学模型得出车辆的驱动力矩传递方程,具体包括:
建立轮胎力学模型,自轮胎模型中得到车辆轮胎的接地长度、纵向力、滑动摩擦和车轮输出力矩;
其中接地长度通过如下公式表示:
纵向力通过如下公式表示:
滑动摩擦通过如下公式表示:
车轮输出力矩通过如下公式表示:
式中:z为轮胎平均弹性变形量,vr为轮胎与接触面之间的相对速度,ε为路面附着条件的动态变化,σ0、σ1、σ2分别为轮胎接触面归一化集总刚度、集总阻尼以及粘性相对阻尼,m为整车质量,vx为实际纵向车速,Fz为车辆垂向载荷,g(vr)为滑动摩擦,μc为归一化库仑摩擦系数,μs为静态摩擦系数,vs为描述低速滑动阶段的Stribeck相对速度,Tw为车轮输出力矩,J为车轮转动惯量,w为车轮角速度,σw为黏性转动摩擦系数,rw为车轮有效滚动半径;
根据轮胎力学模型结合车辆四轮滑转变化率,得到驱动力矩传递方程;
式中:fi为附着系数拟合函数;μi为轮胎附着系数;λi为轮胎滑转率;ax为车辆纵向加速度;wi为轮胎角速度;rw为车轮有效滚动半径;Fxi为轮胎纵向力;Fzi为垂向载荷;Ji为车轮转动惯量;im为减速器传动比,为四轮滑转率变化率,L为拉氏变换。
进一步地,所述计算车辆的实时轮端输出力矩,通过力矩矢量预分配,调节车辆的车轮附着利用率,具体包括:
通过以下公式计算实时轮端输出力矩:
式中:Ti(k)为实时轮端输出力矩;Tmaxi(k)为实时轮端输出最大输出力矩;ΔTi(k)为驱动防滑调节指令;为加速踏板开度变化率;OSi为稳定性判定标志位;的一阶惯性延时系统;τacc为电子踏板、电机峰值电流采样周期,t为采样时间,m为整车质量,g为重力加速度。
进一步地,所述设计滑膜控制器,通过滑膜控制器输出的驱动力矩指令跟踪车轮的滑转率误差,以提高纵向运动控制效果,具体包括:
设计自适应滑模控制器的滑动面和趋近律:
s(k)=1-DPURi(k)
式中:s表示滑模面函数;q为趋近速率增益用以调节λi的收敛速度;
设计增益q的计算式:
得到驱动力矩指令Ti(k):
式中驱动力矩指令Ti(k)受电机最小力矩(Tmin=0)约束。
进一步地,所述设计车辆前馈控制方法,得到前馈横摆力矩,具体包括:
根据车辆前轮转向角、车身质心侧偏角、车辆质心到前轴距离、车辆横摆角速度和纵向车速,计算车辆前轮侧偏角;
根据车辆质心到后轴距离、车辆横摆角速度、纵向车速和车身质心侧偏角,计算车辆的后轮侧偏角;
建立侧偏力方程:
Fyi=Ciαi
展开得到:
建立前馈横摆力矩方程:
式中:αF、αR为前、后轮侧偏角;δF为前轮转角;LF、LR为车辆质心到前后轴的距离;β为车身质心侧偏角;γ为车辆横摆角速度;Ci为前后轮侧偏刚度,下标i使用FL、FR、RL、RR分别指代左前轮、右前轮、左后轮、右后轮;Fyi为侧偏力;m为整车质量,vx为纵向车速,vy为横向车速;Iz为车辆绕z轴转动惯量;MzFF为前馈横摆力矩;
稳态工况下近似等于质心侧偏角速度将侧偏力方程与前馈横摆力矩方程联立化简得到前馈横摆力矩表达式:
所述前馈横摆力矩表达式与车辆前轮转角正相关。
进一步地,在得到前馈横摆力矩后,还包括:
使用期望前轮转角替代前轮转角进行前馈横摆力矩计算、以施加差动转向横摆力矩
δFd=δF(1+K)
式中δFd为车辆期望前轮转角,K为表征车辆转向特性的侧偏稳定性参数。
进一步地,所述设计车辆反馈控制方法,得到反馈横摆力矩,具体包括:
计算质心侧偏角最大值:
式中,g为重力加速度;μ为路面附着系数;
设计协调控制权重:
式中,Fxmax表示实时的轮端纵向驱动力峰值;m为整车质量;ε1与ε2为ξ的约束系数;
计算跟踪误差:
其中:βd为期望质心侧偏角,β为质心侧偏角,γcorrect为附加横摆力矩;
p(t)为有界不确定扰动;
得到反馈横摆力矩:
式中,特征参数k1与k2均为正数,sgn为符号函数,k4为控制权重因子。
进一步地,所述根据前馈横摆力矩和反馈横摆力矩,通过力矩矢量再分配,调节车辆的车轮附着利用率,具体包括:
将前馈横摆力矩与反馈横摆力矩相加输入至执行层;
计算车辆各个车轮中轮毂电机的调节量,完成力矩矢量分配。
本发明的第二方面公开了一种电子设备,包括处理器以及存储器;
所述存储器用于存储程序;
所述处理器执行所述程序实现一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法。
本发明的第三方面公开了一种计算机可读存储介质,所述存储介质存储有程序,所述程序被处理器执行实现一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法。
本发明的具有如下有益效果:本发明公开的一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法、设备和存储介质,以机动性、通过性、稳定性以及转向灵活性为优化目标,开发了轮毂电脑及驱动层重构优化矢量控制器。本发明提出的纵向控制方法能够有效提升越野车辆在极端起伏地形下的行驶稳定性和通过性;横向控制方法在提高转向灵活性和横摆稳定性的前提下,解决了滑模控制器常见的抖震问题,通过趋近率的自适应调节实现了横摆运动误差跟踪的全局优化。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法的主要流程图;
图2为本发明一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法的车辆参数示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
本实施例公开了一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法,主要流程如图1所示,包括SA.纵向运动控制方法和SB.横向稳定性控制方法;
纵向运动控制方法具体包括:
SA-1.建立轮胎力学模型,根据轮胎力学模型得出车辆的驱动力矩传递方程;
SA-2.计算车辆的实时轮端输出力矩,通过力矩矢量预分配,调节车辆的车轮附着利用率;
SA-3.设计滑膜控制器,通过滑膜控制器输出的驱动力矩指令跟踪车轮的滑转率误差,以提高纵向运动控制效果;
所述横向稳定性控制方法具体包括:
SB-1.设计车辆前馈控制方法,得到前馈横摆力矩;
SB-2.设计车辆反馈控制方法,得到反馈横摆力矩;
SB-3.根据前馈横摆力矩和反馈横摆力矩,通过力矩矢量再分配,调节车辆的车轮附着利用率。
下面将具体论述方法各部分的执行方式:
SA-1.建立轮胎力学模型,根据轮胎力学模型得出车辆的驱动力矩传递方程:
搭建LuGre轮胎力学模型,自轮胎模型中得到车辆轮胎的接地长度、纵向力、滑动摩擦和车轮输出力矩。
其中接地长度通过如下公式表示:
纵向力通过如下公式表示:
滑动摩擦通过如下公式表示:
车轮输出力矩通过如下公式表示:
式中:表示轮胎接地长度;z表示轮胎平均弹性变形量;vr表示轮胎与接触面之间的相对速度;ε表征路面附着条件的动态变化;σ0、σ1、σ2分别为轮胎接触面归一化集总刚度、集总阻尼以及粘性相对阻尼;m为整车质量;vx为实际纵向车速;Fz为车辆垂向载荷;g(vr)为滑动摩擦,描述了摩擦力在不同相对速度、滑动条件下的变化;μc为归一化库仑摩擦系数;μs为静态摩擦系数;vs为描述低速滑动阶段的Stribeck相对速度;Tw为车轮输出力矩;J为车轮转动惯量;w为车轮角速度;σw为黏性转动摩擦系数;rw为车轮有效滚动半径。
SA-2.计算车辆的实时轮端输出力矩,通过力矩矢量预分配,调节车辆的车轮附着利用率:
将四轮滑转率变化率与LuGre轮胎力学模型联立得到驱动时力矩的传递方程:
式中:fi为附着系数拟合函数;μi为轮胎附着系数;λi为轮胎滑转率;ax为车辆纵向加速度;wi为轮胎角速度;rw为车轮有效滚动半径;Fxi为轮胎纵向力;Fzi为垂向载荷;Ji为车轮转动惯量;im为减速器传动比;
上述公式联立,利用拉式变换可得驱动力矩的传递函数:
为了更直观地分析转矩控制系统的性能,可基于式(7)将传递函数表达式变换为多项式以便通过计算传递函数的零极点分析系统稳定性、收敛能力等:
式中:Kdi、τdi均为公式(8)内部参数,L表示拉氏变换(拉普拉斯变换)。
据式(1)、(8)分析可知,由于滑转率满足条件1-λi>0,因此τdi(k)为一动态非负数,即传递函数有负实根,证明力矩传递为稳定系统。
在实际行车过程中,各轮毂电机驱动力矩是由加速踏板开度、电机峰值电流、驱动防滑调节指令ΔTi等多个离散变量决定和约束的,参见式(9),其更新周期与电子踏板采样周期τacc相等。而考虑到实时轮端输出力矩变化受CAN通讯时滞与功率逆变器响应时间的影响,此处可将简化成延时时长为τw的一阶惯性系统:
式中:Ti(k)为实时轮端输出力矩;Tmaxi(k)为实时轮端输出最大输出力矩;ΔTi(k)为驱动防滑调节指令;为加速踏板开度变化率;OSi为稳定性判定标志位;的一阶惯性延时系统;τacc为电子踏板、电机峰值电流采样周期,t为采样时间,m为整车质量,g为重力加速度。
基于式(10),可将轮毂电机驱动功率利用率(DPURi)表示为各轮纵向估计力与轮毂电机传递至轮端的驱动力(Twi(k)/rW)的比值,并得到其离散化表达式,并基于各轮稳定性标志位设计了式(11)中的误差校正与积分计算的触发机制。
其中:i和j旨在区分k时刻和k+1不同时刻下的驱动功率利用率公式。
SA-3.设计滑膜控制器,通过滑膜控制器输出的驱动力矩指令跟踪车轮的滑转率误差,以提高纵向运动控制效果:
基于式(11)设计自适应滑模控制器的滑动面和趋近律:
s(k)=1-DPURi(k) (13)
式(14)中:s表示滑模面函数;q为趋近速率增益用以调节λi的收敛速度;同时,将符号函数sgn(s(k))的增益设为时变变量(|s(k)|/2),以减小系统在滑动面周围的抖振。
为满足稳定收敛条件,使滑动模态区存在,设计了增益q的计算式:
将满足设计要求的离散趋近率代入式(12)可得受电机最小力矩(Tmin=0)约束的驱动力矩指令Ti(k):
SB-1.设计车辆前馈控制方法,得到前馈横摆力矩:
前馈环节控制目的是通过施加前馈横摆力矩MzFF缩短车辆达到理想稳态的响应时间,其控制目标包括期望横摆角加速度期望质心侧偏角与角速度
式(17)表明理想稳态模型下车辆横摆和侧滑运动应收敛为稳态运动,参考图2所示的简化二自由度车辆动力学模型可求得前馈环节车辆理想的侧向运动、轮胎侧偏角以及横摆运动的计算表达式:
Fyi=Ciαi (20)
式中:αF、αR为前、后轮侧偏角;δF为前轮转向角;LF、LR为车辆质心到前后轴的距离;β为车身质心侧偏角;γ为车辆横摆角速度;Ci为前后轮侧偏刚度;Fyi为侧偏力;m为整车质量,vx为纵向车速,vy为横向车速;Iz为车辆绕z轴转动惯量;下标i可用L、R指代左、右;MzFF为前馈横摆力矩。
稳态工况下,质心侧偏角速度可近似为代入式(21),并与式(22)联立可得横摆和侧滑运动的计算式:
将式(17)中的目标值代入上式,可得到期望横摆角速度γd的表达式:
接着将式(24)与(25)联立得与前轮转角δF正相关的前馈横摆力矩:
此外,考虑到低速转向阻力矩较大,而基于轮毂电机驱动系统的差动转向也能起到调整转向增益的作用,因此本发明引入了基于操纵灵活性优化的期望前轮转角δFd替代δF进行前馈力矩MZFF的计算、施加差动转向横摆力矩。
δFd=δF(1+K) (27)
上式中K为表征车辆转向特性的侧偏稳定性参数。
SB-2.设计车辆反馈控制方法,得到反馈横摆力矩:
本发明采用离散控制技术实现横向运动的反馈跟踪。首先选择横向运动状态参数为横摆角速度γ与质心侧偏角β,前者可用于调整期望的转向特性,后者表征车辆侧滑运动的剧烈程度与横向稳定裕度。进一步设计了反馈控制的状态跟踪误差以实现横摆运动与横向稳定性的协调控制:
式中:g为重力加速度;μ为路面附着系数。
将路面附着条件(μ=∑μi/4)作为约束以提高稳定性控制的环境适应性。进一步基于β的相平面分析法设计了协调控制权重ξ:
式(31)中Fxmax表示实时的轮端纵向驱动力峰值;m为整车质量;ε1与ε2为ξ的约束系数。
为了消除离散滑模控制固有的抖震效应、优化控制平顺性并提升误差的收敛速度,本发明采用了由连续和非连续两种分量组成的二阶滑模控制器(SOSMC)。
式中:特征参数k1与k2均为正数,p(t)表征有界不确定扰动。由轮毂电机驱动系统输出的附加横摆力矩可用于修正车辆姿态:
将式(33)代入跟踪误差e的微分方程可得到的表达式:
其中:
由于均为零,因此包含不确定扰动项的p(t)可简化表示为:
p(t)为有界扰动,因此可引入正常数k3表示|P(t)|的极值:
|P(t)|≤P≤k3 (37)
与滑模控制器因符号函数的作用在滑模面附近出现振动不同,由于二阶滑模控制趋近率中非连续部分的符号函数增益在逼近滑模面过程中逐渐收敛,即滑模面宽度(SW)逐渐减小,可有效减小抖振:
由式(38)可知,SOSMC的滑模面宽度可收敛于零。然而,在直线行驶或以较大半径转向时,微小的环境噪声和传感器测量噪声使得e(t)在零点附近出现高频窄幅的振荡,使驾驶平顺性发生恶化。另一方面,考虑到越野车辆质心位置较高,在中高速转向工况下车身侧倾、轮荷转移较为明显,内侧轮胎失稳风险将显著提高,而在低速转向时较大的车重将显著提高转向阻力矩。因此,本文引入了控制权重因子k4,在直行或轻微转向、低速转向、中高速转向等不同工况下动态调整驾驶平顺性、转向灵活性、横向稳定性等三种控制目标的优化权重:
如式(39)所示,与方向盘角度、纵向车速相关的两个分段函数描述了车辆的侧向运动状态。其中车速被分为了低、中、高三个连续的速域,在低速和高速工况下,SOSMC的趋近律相对较快;另一方面,在横向稳定裕度较高的工况下,k4设置为零,以确保横摆力矩不会干扰主观操作意图,控制趋近率也将随方向盘角度幅值|δ|的增加而加快;计算得到的k4为一不大于3/2的非负数。
SB-3.根据前馈横摆力矩和反馈横摆力矩,通过力矩矢量再分配,调节车辆的车轮附着利用率:
将前馈与反馈横摆力矩相加输入至执行层,并以各轮附着利用率协调优化为控制目标,根据各轮附着极限的观测值得到式(41)中各个轮毂电机的调节量ΔTmi,实现力矩矢量再分配、响应直接横摆力矩指令。
本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序,该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令,该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令,处理器执行该计算机指令,使得该计算机设备执行图1所示的方法。
在一些可选择的实施例中,在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如,取决于所涉及的功能/操作,连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外,在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供,目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的,其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法,其特征在于,包括纵向运动控制方法和横向稳定性控制方法;
所述纵向运动控制方法具体包括:
建立轮胎力学模型,根据轮胎力学模型得出车辆的驱动力矩传递方程;
计算车辆的实时轮端输出力矩,通过力矩矢量预分配,调节车辆的车轮附着利用率;
设计滑膜控制器,通过滑膜控制器输出的驱动力矩指令跟踪车轮的滑转率误差,以提高纵向运动控制效果;
所述横向稳定性控制方法具体包括:
设计车辆前馈控制方法,得到前馈横摆力矩;
设计车辆反馈控制方法,得到反馈横摆力矩;
根据前馈横摆力矩和反馈横摆力矩,通过力矩矢量再分配,调节车辆的车轮附着利用率。
2.根据权利要求1所述的一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法,其特征在于,所述建立轮胎力学模型,根据轮胎力学模型得出车辆的驱动力矩传递方程,具体包括:
建立轮胎力学模型,自轮胎模型中得到车辆轮胎的接地长度、纵向力、滑动摩擦和车轮输出力矩;
其中接地长度通过如下公式表示:
纵向力通过如下公式表示:
滑动摩擦通过如下公式表示:
车轮输出力矩通过如下公式表示:
式中:z为轮胎平均弹性变形量,vr为轮胎与接触面之间的相对速度,ε为路面附着条件的动态变化,σ0、σ1、σ2分别为轮胎接触面归一化集总刚度、集总阻尼以及粘性相对阻尼,m为整车质量,vx为实际纵向车速,Fz为车辆垂向载荷,g(vr)为滑动摩擦,μc为归一化库仑摩擦系数,μs为静态摩擦系数,vs为描述低速滑动阶段的Stribeck相对速度,Tw为车轮输出力矩,J为车轮转动惯量,w为车轮角速度,σw为黏性转动摩擦系数,rw为车轮有效滚动半径;
根据轮胎力学模型结合车辆四轮滑转变化率,得到驱动力矩传递方程;
式中:fi为附着系数拟合函数;μi为轮胎附着系数;λi为轮胎滑转率;ax为车辆纵向加速度;wi为轮胎角速度;rw为车轮有效滚动半径;Fxi为轮胎纵向力;Fzi为垂向载荷;Ji为车轮转动惯量;im为减速器传动比,为四轮滑转率变化率,L为拉氏变换。
3.根据权利要求2所述的一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法,其特征在于,所述计算车辆的实时轮端输出力矩,通过力矩矢量预分配,调节车辆的车轮附着利用率,具体包括:
通过以下公式计算实时轮端输出力矩:
式中:Ti(k)为实时轮端输出力矩;Tmaxi(k)为实时轮端输出最大输出力矩;ΔTi(k)为驱动防滑调节指令;为加速踏板开度变化率;OSi为稳定性判定标志位;的一阶惯性延时系统;τacc为电子踏板、电机峰值电流采样周期,t为采样时间,m为整车质量,g为重力加速度。
4.根据权利要求3所述的一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法,其特征在于,所述设计滑膜控制器,通过滑膜控制器输出的驱动力矩指令跟踪车轮的滑转率误差,以提高纵向运动控制效果,具体包括:
设计自适应滑模控制器的滑动面和趋近律:
s(k)=1-DPURi(k)
式中:s表示滑模面函数;q为趋近速率增益用以调节λi的收敛速度;
设计增益q的计算式:
得到驱动力矩指令Ti(k):
式中驱动力矩指令Ti(k)受电机最小力矩(Tmin=0)约束。
5.根据权利要求1所述的一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法,其特征在于,所述设计车辆前馈控制方法,得到前馈横摆力矩,具体包括:
根据车辆前轮转向角、车身质心侧偏角、车辆质心到前轴距离、车辆横摆角速度和纵向车速,计算车辆前轮侧偏角;
根据车辆质心到后轴距离、车辆横摆角速度、纵向车速和车身质心侧偏角,计算车辆的后轮侧偏角;
建立侧偏力方程:
Fyi=Ciαi
展开得到:
建立前馈横摆力矩方程:
式中:αF、αR为前、后轮侧偏角;δF为前轮转角;LF、LR为车辆质心到前后轴的距离;β为车身质心侧偏角;γ为车辆横摆角速度;Ci为前后轮侧偏刚度,下标i使用FL、FR、RL、RR分别指代左前轮、右前轮、左后轮、右后轮;Fyi为侧偏力;m为整车质量,vx为纵向车速,vy为横向车速;Iz为车辆绕z轴转动惯量;MzFF为前馈横摆力矩;
稳态工况下/vx近似等于质心侧偏角速度将侧偏力方程与前馈横摆力矩方程联立化简得到前馈横摆力矩表达式:
所述前馈横摆力矩表达式与车辆前轮转角正相关。
6.根据权利要求5所述的一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法,其特征在于,在得到前馈横摆力矩后,还包括:
使用期望前轮转角替代前轮转角进行前馈横摆力矩计算、以施加差动转向横摆力矩
δFd=δF(1+K)
式中δFd为车辆期望前轮转角,K为表征车辆转向特性的侧偏稳定性参数。
7.根据权利要求6所述的一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法,其特征在于,所述设计车辆反馈控制方法,得到反馈横摆力矩,具体包括:
计算质心侧偏角最大值:
式中,g为重力加速度;μ为路面附着系数;
设计协调控制权重:
式中,Fxmax表示实时的轮端纵向驱动力峰值;m为整车质量;ε1与ε2为ξ的约束系数;
计算跟踪误差:
其中:βd为期望质心侧偏角,β为质心侧偏角,γcorrect为附加横摆力矩;
p(t)为有界不确定扰动;
得到反馈横摆力矩:
式中,特征参数k1与k2均为正数,sgn为符号函数,k4为控制权重因子。
8.根据权利要求7所述的一种越野车辆两方向转矩矢量分配方法,其特征在于,所述根据前馈横摆力矩和反馈横摆力矩,通过力矩矢量再分配,调节车辆的车轮附着利用率,具体包括:
将前馈横摆力矩与反馈横摆力矩相加输入至执行层;
计算车辆各个车轮中轮毂电机的调节量,完成力矩矢量分配。
9.一种电子设备,其特征在于,包括处理器以及存储器;
所述存储器用于存储程序;
所述处理器执行所述程序实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述存储介质存储有程序,所述程序被处理器执行实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11724739B2 (en) * 2021-07-22 2023-08-15 GM Global Technology Operations LLC Vehicle actuation commands to affect transient handling
CN115723590B (zh) * 2022-12-13 2024-09-17 吉林大学 一种轮毂电机驱动汽车的节能转矩矢量控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1207090A2 (en) * 2000-11-20 2002-05-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle motion control device and method
CN208544105U (zh) * 2018-07-12 2019-02-26 上海汽车集团股份有限公司 集成双转子电机的车用电驱动桥

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3268124B2 (ja) * 1994-06-27 2002-03-25 富士重工業株式会社 車両のトルク配分制御装置
JP4918148B2 (ja) * 2010-03-05 2012-04-18 本田技研工業株式会社 車両の運動制御装置
CN113147422B (zh) * 2021-03-30 2024-05-10 江苏大学 一种分布式驱动电动汽车直接横摆力矩控制系统及方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1207090A2 (en) * 2000-11-20 2002-05-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vehicle motion control device and method
CN208544105U (zh) * 2018-07-12 2019-02-26 上海汽车集团股份有限公司 集成双转子电机的车用电驱动桥

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