[发明专利]一种基于自调节粒子模型的轮毂电机驱动车辆控制方法

说明书

本申请涉及一种基于自调节粒子模型的轮毂电机驱动车辆控制方法，该自调节粒子模型根据车辆动力学原理建立，适用于车辆的线性和非线性区域，尤其可提供路面附着极限下合理的车辆运动状态参考值，以确保车辆的操纵稳定性和行驶安全性。所述自调节粒子参考模型的建立包含以下步骤：一、根据车辆动力学中性转向特性，随着二自由度线性参考模型解析得到车辆理想参考侧向加速度的变化规律；二、车辆同时有纵向加速度和侧向加速度需求时，在G‑G加速度摩擦圆中建立从参考合加速度到理想合加速度的一一对应的映射函数MAP关系；三、通过车辆运动轨迹坐标系和车辆质心坐标系之间的转换，得到车辆理想参考运动状态值。保证了车辆在附着极限下的操纵稳定性和主动安全性，并确保驾驶员对车辆的可控性。

技术领域

本申请涉及一种轮毂电机驱动车辆的控制方法，尤其涉及基于自调节粒子模型，适用于在路面附着极限下提供合理车辆运动状态值的方法。

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，当轮毂电机驱动车辆运行在附着极限时，通常需要参考模型提供合理的车辆参考运动状态值，才能真正地发挥轮毂电机驱动车辆的性能优势。目前一般采用二自由度线性模型作为参考模型来生成车辆控制系统参考状态值。然而，二自由度线性模型具有以下三个方面的局限性：(a).二自由度模型是线性的，只可表示车辆在侧向加速度小于0.4g的线性区域内的基本特性，不能真实反映车辆在非线性区域(大侧向加速度)的动力学特性；(b).在路面-轮胎附着极限附近，二自由度模型将提供不合理的车辆动力学状态值；(c).当车辆需求广义力超出路面附着极限时，车辆目标状态值将会以一定方式达到饱和，此时应采用非线性参考模型解析驾驶员输入信号；否则，驾驶员输入信号与车辆目标轨迹的相互耦合关系在饱和点将会变得非常微弱，换句话说，驾驶员将失去对车辆行驶轨迹的可控性。

因此，需要建立一种适用于线性和非线性区域的参考模型，以保证车辆在附着极限下的操纵稳定性和主动安全性，并确保驾驶员对车辆的可控性。

发明内容

针对上述本领域存在的技术问题，本发明提供了一种轮毂电机驱动车辆的自调节粒子模型。该模型将轮胎摩擦圆应用于整车层面，从而将运动中的车辆看做粒子(particle)来进行建模。该模型的构建具体包括以下步骤：

①.车辆匀速弯道行驶时,根据驾驶员输入信号，通过车辆二自由度线性参考模型解析获得车辆参考侧向加速度；并依据车辆动力学中性转向特性，建立理想侧向加速度随着参考侧向加速度的变化规律，即就是，车辆参考侧向加速度和理想侧向加速度的乘积是车辆路面附着系数和重力加速度乘积的平方，进而可以获得车辆在线性和非线性区域，尤其是附着极限下合理的运动状态值。

②.车辆非匀速弯道行驶时，同时有纵向加速度和侧向加速度需求，在车辆摩擦圆中，构建参考合加速度与理想合加速度之间的自调节粒子映射关系，得到理想合加速度矢量；

③.将所述车辆理想合加速度矢量由车辆运动轨迹坐标系转换到车辆质心坐标系，得到车辆理想参考运动状态值。

所述步骤①中通过自调节粒子模型解析获得车辆理想侧向加速度，具体包括：当车辆只有驾驶员输入的侧向加速度需求且解析参考侧向加速度时，向车辆施加一个侧向加速度和制动加速度的理想合加速度，且所述理想合加速度与车辆质心合速度方向呈钝角；根据参考侧向加速度和理想侧向加速度的乘积等于车辆路面附着系数μ和重力加速度g乘积的平方的关系，得到车辆理想侧向加速度：

所述步骤②的得到车辆理想合加速度，具体包括：在所述自调节粒子映射关系中，当车辆的参考侧向加速度参考纵向加速度与理想侧向加速度理想纵向加速度存在以下关系时：

其中，φ为偏置角，为参考合加速度映射车辆摩擦圆上的射线与横坐标的夹角；通过如下公式确定理想合加速度：