[發明專利]車輛穩定性模型預測控制方法

在審

• 申請號: 201811355250.1
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109552312A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 趙海艷;趙津楊;馮宇馳;陳偉軒
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B60W30/02
• 分類號: B60W30/02;B60L15/20
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 白冬冬

一種車輛穩定性模型預測控制方法，屬于控制技術領域。本發明的目的是建立考慮路面不平度的車輛橫擺動力學模型，然后運用模型預測控制算法來設計橫擺穩定控制器，來有效防止電動汽車在惡劣工況以及急轉彎的情況下，車輛發生側傾、甩尾的車輛穩定性模型預測控制方法。本發明的步驟是：考慮路面不平度的電動汽車力學和動力學模型搭建、橫擺穩定控制器。本發明在進行轉矩分配策略制定的過程中，考慮了車輛安全性（防止打滑或者抱死，側傾或者甩尾）、整車性能（加速和制動性能）、駕駛舒適性（力矩變化不能太大，垂向力變化值不能太大）、節約控制能量（在滿足性能前提下節約能量）。提高整車動力學性能。

技術領域

本發明屬于控制技術領域。

背景技術

近年來隨著環境污染和能源危機的日益加重，節能減排成為了國內乃至世界的重要 目標。電動汽車由于其高能效、低排放、低噪聲、能進行能量回收等優勢已然成為當今汽車 工業發展的重大方向，國家也出臺了大量的優惠政策支持企業研究電動汽車。

采用輪轂電機驅動的電動汽車是近些年研究的熱點，因其將輪轂電機直接安裝在車 輪上，節省空間，且能夠輕量化汽車。四輪輪轂驅動電動汽車的各個驅動輪的驅動力可以進 行直接獨立精確的控制，使得控制更為靈活、方便，合理控制各電動輪的驅動力可以改善電 動汽車在惡劣路面條件下的行駛性能，提高車輛操作穩定性。考慮不平路面的電動汽車穩定 性控制系統作為電動汽車的主要控制系統之一，它的關鍵任務是在不平路面，考慮車輛的垂 向動力學性能，協調控制四個車輪的驅動、制動力矩來實現車輛橫擺穩定性的控制目標同時 兼顧電動汽車的乘車舒適性。與傳統內燃機汽車相比獲得更好的橫擺穩定性能。在直線行駛 時有效防止車輪驅動時過度滑轉或者制動時抱死，同時保證輸出力矩的有效性，也就是獲得 良好的加速和制動性能；在彎道行駛時，可以保證車輛的橫擺穩定性能，防止車輛側傾、甩 尾。對于電動汽車，由于其結構比較簡單，控制問題可以得到適當簡化，同時，電機的響應 速度快，電機的扭矩和轉速容易獲取，這為本次研究的控制系統應用提供了良好的基礎條件。 針對于考慮不平路面的四輪輪轂驅動電動汽車的橫擺穩定控制，主要有以下問題：

1.目前的車輛橫擺穩定控制，主要是集成主動轉向和直接橫擺力矩控制的橫擺穩定 控制，主要是考慮車輛縱向、橫向動力學性能，并沒有考慮車輛垂向動力學性能，而考慮垂 向性能的電動汽車橫擺穩定性控制，采用的是主動懸架，增加了懸掛電機的個數，同時主動 懸架的電機振動，也是影響車輛乘坐舒適性的主要因素，因此，采用被動懸架考慮不平路面 的車輛橫擺穩定集成控制是一個復雜的系統，控制上具有一定難度。

2.解決在惡劣道路附著條件下或高速急彎等危險工況時，電動汽車容易產生側滑或 者甩尾的問題，為了保持車輛穩定和良好的操縱性，需要使得系統的輸出跟蹤上期望模型， 解決車輛在急加速或者緊急制動時車輪發生打滑或者抱死的情況，需要將車輪滑移率控制在 穩定范圍內；為了保證車輛的舒適性能，垂向力變化值不能過大；并且電機轉矩不能過大， 要節約能量；同時考慮執行器電機的實際情況，保持平滑的轉向和電機驅動行為，應該減小 控制量變化。這四個控制目標是矛盾的，因此需要折中處理。

3.由于四輪驅動電動汽車，四輪轉矩可以獨立分配，可以提升電動汽車動力學性能， 但是轉矩分配規則的制定存在一定難度，轉矩分配不協調極易導致電動汽車處在危險的工況， 因此電動汽車的轉矩分配也是亟待解決的一個問題。

4.四輪驅動電動汽車四個車輪是彼此獨立驅動的，因此需要同時控制四個車輪的力 矩，并且還要考慮到車輛本身的約束條件，比如電機的最大輸出力矩，以及車輛的安全性約 束等等。這實際是一個多目標帶約束的復雜優化控制問題。普通的傳統算法已經難以滿足要 求。

發明內容

本發明的目的是建立考慮路面不平度的車輛橫擺動力學模型，然后運用模型預測控 制算法來設計橫擺穩定控制器，來有效防止電動汽車在惡劣工況以及急轉彎的情況下，車輛 發生側傾、甩尾的車輛穩定性模型預測控制方法。

本發明的步驟是：