[发明专利]一种轮毂电机驱动车辆的动力分配方法

说明书

本发明提供了一种轮毂电机驱动车辆的动力分配方法，根据车轮旋转动力学模型，采用滑模控制理论跟踪控制分配中得到的纵向力和侧向力，得到各电动轮的输出转矩与各车轮的转角，对滑移率和侧偏角进行控制，实现了对车辆的驱动、制动和转向子系统进行集成控制，避免功能重叠和结构干涉，还实现了进行车辆操纵稳定性和节能的多目标优化控制。

技术领域

本发明属于电动车辆动力学控制领域，涉及一种轮毂电机驱动车辆的动力分配方法，尤其是各轮胎纵向力与侧向力的优化分配方法。

背景技术

轮毂电机驱动车辆是目前电动汽车领域中的研究热点之一。在轮毂电机驱动系统中各车轮均可独立驱动、制动和转向，因而需要采用合理的控制方法，才能真正地发挥轮毂电机驱动车辆的性能优势。目前车辆动力学控制子系统通常是单独开发的，当多种控制子系统共存时，系统间会存在功能重叠/冲突和结构干涉。针对轮毂电机驱动车辆系统的动力学控制研究大多只是针对车辆的纵向力(驱动、制动)进行控制，而对与车辆纵向、侧向、横摆运动紧密相关的驱动、制动、转向系统的集成控制研究甚少。轮毂电机驱动车辆的转矩优化分配大多只考虑了车辆操稳性的控制目标，没有考虑电机效率Map图的分布。在一般的节能优化控制系统中，目标函数通常包含轮毂电机效率函数，且采用数据拟合方法把电机效率Map图拟合成转矩和/或转速的函数。但上述方法具有一定的局限性，譬如：电机效率Map图杂乱无章，拟合精度难以保证；电机不同，效率Map图也会不同，因而拟合的复杂效率函数不具有普遍适用性。另外，被控变量包含与电机工作转矩密切相关的轮胎纵向力，因而也不能采用查表法获得电机效率值。

针对上述现有技术中存在的问题，亟需一种有效的对轮毂电机驱动车辆的动力学分配方法，一方面对车辆的驱动、制动和转向子系统进行集成控制，避免功能重叠和结构干涉，另一方面进行车辆操纵稳定性和节能的多目标优化控制。

发明内容

本发明提供了一种轮毂电机驱动车辆的动力分配方法，具体包括以下步骤：

1).根据驾驶员输入的方向盘转角、加速/制动踏板信号指令，解析出车辆参考状态值，并完成驱动模式选择；

2).通过比较车辆实际状态值和参考状态值，采用非线性滑模控制得到保证车辆跟踪参考状态值的广义控制力和力矩；

3).基于所选择的驱动模式、路面附着条件和执行机构约束，把车辆需求的广义控制力/力矩优化的分配到每个车轮，并跟踪车辆参考状态值；

4).根据车轮旋转动力学模型，采用滑模控制理论跟踪控制分配中得到的轮胎纵向力和侧向力，得到各电动轮的输出转矩与各车轮的转角，以控制理想滑移率和侧偏角；

5).检测车辆的实际状态值并返回所述步骤2)重复执行所述方法。

优选的，步骤2)中所述的广义控制力和力矩包括车辆平面运动中需求的广义纵向力、侧向力以及横摆力矩。对于纵向车速、侧向车速和横摆角速度，滑模面选择为：

其中，车辆实际状态值x＝[x₁ x₂ x₃]^T＝[v_x v_y r]^T；车辆运动参考状态值s₁、s₂和s₃分别是车辆纵向车速、侧向车速和横摆角速度的滑模面，为了提高滑模动态品质，则滑模面及其导数必须满足李雅普诺夫不等式到达条件，通过滑模控制得到整车需求的广义控制力和力矩V＝[X_d,Y_d,M_zd]^T，λ₃是权重系数。