[发明专利]一种装备非充气车轮的车辆纵-垂集成控制系统及方法

权利要求书

1.装备非充气车轮的车辆纵-垂集成控制系统的控制方法，所述车辆的四个轮胎均采用非充气弹性车轮，所述纵-垂集成控制系统包括电子油门、车用惯性传感器、车速传感器、陀螺仪、主动悬架控制器、轮胎力分配控制器、左前轮毂电机控制器、左后轮毂电机控制器、右前轮毂电机控制器、右后轮毂电机控制器、左前轮毂电机、左后轮毂电机、右前轮毂电机和右后轮毂电机；

所述电子油门用于将车辆的加速度传递给所述主动悬架控制器；

所述车速传感器用于测得纵向车速，并将其传递给所述主动悬架控制器；

所述车用惯性传感器用于实时测得电动汽车的垂向速度、垂向加速度，并将其传递给所述主动悬架控制器；

所述陀螺仪用于实时测得车辆的俯仰角速度，并将其传递给所述主动悬架控制器；

所述主动悬架控制器通过CAN总线分别和电子油门、车用惯性传感器、车速传感器、陀螺仪、轮胎力分配控制器相连，用于根据电子油门、车用惯性传感器、车速传感器、陀螺仪的感应数据计算出电动汽车期望的总纵向力、总垂向力、总俯仰力矩，并将其传递给所述轮胎力分配控制器；

所述轮胎力分配控制器通过CAN总线分别和所述左前轮毂电机控制器、左后轮毂电机控制器、右前轮毂电机控制器、右后轮毂电机控制器相连，用于根据接收到的电动汽车期望的总纵向力、总垂向力、总俯仰力矩控制左前轮毂电机控制器、左后轮毂电机控制器、右前轮毂电机控制器、右后轮毂电机控制器工作；

所述左前轮毂电机控制器、左后轮毂电机控制器、右前轮毂电机控制器、右后轮毂电机控制器分别和所述左前轮毂电机、左后轮毂电机、右前轮毂电机、右后轮毂电机一一对应相连，分别用于控制左前轮毂电机、左后轮毂电机、右前轮毂电机、右后轮毂电机工作；

所述左前轮毂电机、左后轮毂电机、右前轮毂电机、右后轮毂电机分别一一对应设置在电动汽车的左前轮、左后轮、右前轮、右后轮上；

所述主动悬架控制器包括纵向力控制器、垂向力控制器和俯仰力矩控制器，其中，所述纵向力控制器用于计算期望的总纵向力，所述垂向力控制器用于计算期望的总垂向力，所述俯仰力矩控制器的期望的总俯仰力矩；

所述纵向力控制器、垂向力控制器、俯仰力矩控制器均采用滑模控制器；

所述滑模控制器采用终端滑模控制器，趋近律选择线性饱和函数，并采用边界层发削弱抖振影响，在零值附近设置一个边界层，在边界层内以连续的饱和函数sat(s)来替代符号函数sgn(s)；

其特征在于，所述装备非充气车轮的车辆纵-垂集成控制系统的控制方法包含以下步骤：

步骤1)，建立车辆动力学模型，考虑车辆的俯仰、纵向和垂向运动，通过电子油门获得车辆的加速度，通过车速传感器获得纵向车速，通过车用惯性传感器实时反馈垂向速度、垂向加速度，并通过陀螺仪实时反馈车辆的俯仰角速度；

式中，m为电动汽车的车身质量；u是电动汽车的纵向车速；是电动汽车的纵向加速度；u_z是电动汽车的垂向速度，θ是电动汽车的俯仰角；是电动汽车的俯仰角速度；F_xi,i＝1,2,3,4分别是电动汽车左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的纵向力；

式中，是电动汽车的垂向加速度；F_zi,i＝1,2,3,4分别为电动汽车左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的垂向力；g为重力加速度；

式中，I_y为电动汽车的俯仰转动惯量；是电动汽车的俯仰角加速度；a是电动汽车前轴的轴距，b是电动汽车后轴的轴距；

步骤2)，通过纵向力控制器、垂向力控制器、俯仰力矩控制器分别输出电动汽车期望的总纵向力F_xd、总垂向力F_zd、总俯仰力矩M_yd：

其中，s₁＝u-u_d，s₂＝u_z-u_zd，u_d为期望的纵向速度；u_zd为期望的垂向速度；θ_d为期望的俯仰角速度；sat()为饱和函数，η₁,η₂,φ₁,φ₂,α₃,β₃,p₃,q₃为控制参数，其中η₁、η₂分别是预设的用于影响期望的纵向力F_xd、垂向力F_zd收敛速度的参数；φ₁、φ₂分别是预设的用于影响期望的纵向力F_xd、期望的垂向力F_zd抖振幅度的参数；α₃、β₃分别是滑模面s₃的俯仰角误差项系数、俯仰角速度误差项系数；p₃、q₃分别是滑模面s₃俯仰角速度误差项的指数的分子、分母，用于参数影响系统的收敛速度，p₃＞q₃且1＜p₃/q₃＜2；

步骤3)，通过轮胎力分配控制器将电动汽车期望的总纵向力、总垂向力、总俯仰力矩分配至四个车轮处，轮胎垂向力分配采用如下性能指标：

其中，minJ为最小化垂向力的目标函数；Var(ε_i)为垂向力动态系数方差；ε_i(i＝1,2,3,4)分别为电动汽车左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的垂向动态系数，F_zi,0,i＝1,2,3,4分别为电动汽车左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的垂向静载；

轮胎纵向力采用轴分配的分配策略，输出各轮毂电机的目标转矩：

F_x＝F_x1+F_x2+F_x3+F_x4

式中，F_x为电动汽车总的纵向力；

式中，F_zf为电动汽车前轴的垂向力；F_zr为电动汽车后轴的垂向力；

令电动汽车的左前轮、右前轮的纵向力相等，左后轮、右后轮的纵向力也相等，有

因此，总的驱动力矩为T_i＝F_xir，r为车轮滚动半径。