[發明專利]一種基于四輪獨立驅動電動車的轉向穩定性控制系統及方法

有效

• 申請號: 201810022245.2
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108248601B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 郭烈;許林娜;李君臣;孫大川;趙一兵;李琳輝
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B60W30/045
• 分類號: B60W30/045;B60W40/06;B60W40/10;B60W40/105;B60W40/068;B60W40/13;B60T7/12
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

1.一種基于四輪獨立驅動電動車的轉向穩定性控制系統，其特征在于：包括外部監測模塊和中心控制模塊；

所述的外部監測模塊包括4個壓力傳感器；路面環境傳感器；4個胎路監測儀；方向盤轉角傳感器；橫擺角速度傳感器和速度傳感器；所述的4個壓力傳感器分別安裝于車體靠近輪胎位置；路面環境傳感器安裝于車體前側；4個胎路監測儀分別安裝于車輪上，用來監測路面摩擦因數和三個方向的受力情況；方向盤轉角傳感器安裝在轉向柱上；橫擺角速度傳感器裝在正副駕駛座下邊中間位置；速度傳感器裝在輪轂電機上；所述的壓力傳感器檢測載荷壓力，胎路監測儀采用磁場傳感器與自動公路系統相呼應獲得各輪胎摩擦系數和輪胎實時狀態，方向盤轉角傳感器監測駕駛員轉角情況；

所述的中心控制模塊包括失穩裝置和緊急狀況處理執行系統，所述的失穩裝置包括轉角模糊處理器、轉角機構處理器和橫擺角速度控制器；所述的轉角模糊處理器，用于確定調節裝置的基本方向；所述的轉角機構處理器包括理想轉角計算模塊、轉向執行機構和跟蹤算法控制器，用于計算和跟蹤理想轉角，控制執行器進行轉角調節；橫擺角速度控制器由理想橫擺角速度計算模塊和經過改進動量參數的神經網絡PID控制器組成，安裝在車體下部中央處；所述的緊急狀況處理執行系統由電機力矩控制器組成，用來降低四個輪轂電機的轉速，進行緊急制動；所述的中心控制模塊將外部監測模塊測得的數據經過計算，并判斷是否未超過安全范圍；如未超過安全范圍但是有失穩情況，則失穩裝置工作；如超過安全范圍，則緊急狀況處理執行系統工作，汽車制動。

2.一種基于四輪獨立驅動電動車的轉向穩定性控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

A、數據采集

啟動壓力傳感器、路面環境傳感器、速度傳感器和方向盤轉角傳感器以及輪胎部位的磁場傳感器工作，采集路面信息和車輛信息，并結合路面鋪設的探針同時測得轉彎時的盲區狀態，胎路監測儀得到四個輪胎對應的當前路面摩擦因數，將這些實時信息傳遞給中心控制模塊；

B、數據處理

中心控制模塊將外部監測模塊得到的信息經轉角模糊處理器處理成高速、低速、左轉和右轉四類轉角分配表，先確定實際轉角所屬區域，再通過理想轉角計算模塊計算得出左右前輪理想轉角：

其中B表示前輪轉角，L_f表示前輪到質心的距離，將計算值和方向盤轉角傳感器測得的實際轉角δ_r作差，進行后續處理；

C、轉角處理

四個胎路監測儀分別監測四個橫縱垂向三個力，若：

且

則表示四輪獨立驅動電車在轉向時已經失穩但未超出安全范圍，需要啟用失穩裝置；失穩裝置中的跟蹤算法控制器根據步驟B計算所得的轉角差值大小采用跟蹤算法不斷逼近理想轉角，同時轉向執行機構成比例角度自動調節轉向機構，在駕駛員輸入的轉角基礎上再使轉向執行機構轉過差值δ_e＝δ_i-δ_r角度來補償駕駛員轉角目的使車轉出最佳安全角度；

式中：F_hij表示輪胎橫向力，F_lij表示輪胎縱向力，F_zij表示輪胎載荷力，γ、δ和u分別表示橫擺角速度傳感器測得的橫擺角速度、方向盤轉角傳感器測得的轉角和速度傳感器測得的速度和車輛軸距，δ_r是方向盤轉角傳感器測得的實際轉角；

D、橫擺力矩控制

將經過調節的轉向角度以及測得的車輛參數和路面信息輸給失穩裝置的橫擺角速度控制器中，根據動力學模型公式計算理想橫擺角速度，即：

式中：m、l_f、l_r、C_af、C_ar分別表示車體質量、質心到前軸的距離、質心到后軸的距離、前輪胎的側偏剛度、后輪胎的側偏剛度，λ越大穩定性越高，所以將作為系數加入理想轉角計算公式中，將作為系數加入計算公式中，則：

通過具有自學習能力的神經網絡PID控制器將γ_e＝γ_i-γ_r調節至精度范圍內，最終實際橫擺角速度趨近最佳橫擺角速度，再經過神經網絡PID控制器得到最佳橫擺力矩，組成神經網絡PID控制器得到車輛實時最佳橫擺力矩保證車輛的轉向穩定性；γ_r代表橫擺角速度傳感器測得的實際值；

E、若：

且

則人機交互界面顯示安全，為了保持車輛處于最佳轉角位置，在顯示屏上用綠色表示實時安全區域，紅色箭頭代表當前行駛狀態，以方便駕駛員更好的行駛在安全區域里；

F、將傳感器測得的胎面摩擦因數、載荷轉移率、滑移率用比例轉化到-1和1之間，設置安全裕度為-0.8到0.8之間，若安全裕度超出范圍或顯示屏上發出警告提醒駕駛員，同時緊急狀況處理執行系統被觸發，強制降低電機轉矩直至停止，避免事故。