本發(fā)明屬于電動汽車橫擺穩(wěn)定控制技術領域，涉及一種防止四輪獨立驅動電動汽車過度轉向的控制方法。

背景技術：

橫擺穩(wěn)定控制用于提高車輛的轉向穩(wěn)定性。傳統(tǒng)車輛橫擺穩(wěn)定控制通過附加制動力矩使車輛產(chǎn)生橫擺力矩，實現(xiàn)防止車輛不足轉向或過度轉向，提高轉向安全性。由于制動力矩不宜長時間作用，故傳統(tǒng)車輛橫擺穩(wěn)定控制僅在識別到不足轉向或過度轉向時才介入。四輪獨立驅動電動汽車具有四個車輪驅動力矩連續(xù)可調和響應速度快的特點，通過調節(jié)四個車輪的驅動力矩可使車輛產(chǎn)生橫擺力矩，實現(xiàn)橫擺穩(wěn)定控制功能。四輪獨立驅動電動汽車的橫擺穩(wěn)定控制不受作用時間限制，轉向開始時就可介入。這種橫擺穩(wěn)定控制方式不僅可以防止車輛不足轉向或過度轉向，而且可以提高車輛轉向時的橫擺響應動態(tài)性能。

目前，四輪獨立驅動電動車橫擺穩(wěn)定控制的側重點在于橫擺率跟蹤控制算法，即設計閉環(huán)反饋控制律使實際橫擺率跟蹤期望橫擺率。在車速較高、轉向角較大的行駛工況下，橫擺跟蹤控制會出現(xiàn)質心側偏角迅速增加，導致車輛產(chǎn)生過度轉向，出現(xiàn)車輛失穩(wěn)現(xiàn)象。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是橫擺率跟蹤控制過程中，由于期望橫擺率較大，附加的橫擺力矩使后輪側向力達到飽和。盡管存在多種不同的期望橫擺率設計方法，力圖避免期望橫擺率較大產(chǎn)生過度轉向現(xiàn)象，但僅依靠期望橫擺率防止車輛過度轉向的方式，一方面導致期望橫擺率設計過于困難，另一方面車輛參數(shù)變化也會影響期望橫擺率取值，故在實際中是難以實現(xiàn)的。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決四輪獨立驅動電動汽車橫擺穩(wěn)定控制過程中缺乏有效地防止過度轉向方法的問題，本發(fā)明提供了一種防四輪獨立驅動電動車過度轉向的魯棒不變集控制方法，該方法通過魯棒不變集控制方法實現(xiàn)對質心橫擺率和質心側偏角的約束，從而達到防止過度轉向的控制目標。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種防四輪獨立驅動電動車過度轉向的魯棒不變集控制方法，包括如下步驟：

一、通過實驗數(shù)據(jù)確定防車輛后軸側向力飽和的后軸車輪側偏角約束值αm。

二、將防四輪獨立驅動電動車過度轉向的控制問題轉換為后軸側偏角約束控制問題，即：αr≤αm。

三、將后軸車輪側偏角約束控制問題轉化為車輛質心側偏角β和橫擺率γ表示的約束控制問題，即：

四、取將以車輛質心側偏角β為橫坐標，以橫擺率γ為縱坐標的空間劃分為兩個空間：后軸車輪側偏角超出約束值αm(αr＞αm)的空間和后軸車輪側偏角未超出約束值αm(αr＜αm)的空間。

五、當車輛質心側偏角β和橫擺率γ處于后軸車輪側偏角未超出約束值αm的空間時，采用保證閉環(huán)穩(wěn)定的橫擺率跟蹤控制方法；

六、當車輛質心側偏角β和橫擺率γ運動軌跡與約束方程相交時，設計魯棒不變集控制器將車輛質心側偏角β和橫擺率γ控制在交點的一個不變集內。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明將約束后輪側向力飽和作為直接控制目標，可以解決橫擺率跟蹤控制過程中后輪側向力飽和而導致的過度轉向問題，從而防止四輪獨立驅動電動車過度轉向。

2、本發(fā)明在控制器設計中，由于車輪的側向力可以通過側偏角表征，故將對后軸側向力的約束轉化為對后軸側偏角的約束，又因為后軸側偏角可以通過車輛質心橫擺率和質心側偏角表示，因而，可以根據(jù)后軸側偏角的計算式再轉化為對狀態(tài)變量(橫擺率和質心側偏角)的約束，從而設計魯棒不變集控制器實現(xiàn)對質心橫擺率和質心側偏角的約束，進而達到防止過度轉向的控制目標。

附圖說明

圖1為確定防車輛后軸側向力飽和的后軸車輪側偏角約束值αm示意圖；

圖2為由車輛質心側偏角和橫擺率表示的約束方程將以車輛質心側偏角橫坐標，以橫擺率為縱坐標的空間劃分為兩個空間示意圖；

圖3為公式(4)式描述的系統(tǒng)的狀態(tài)軌跡與約束方程相交于a1點示意圖；

圖4為本發(fā)明算法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。

本發(fā)明提供了一種防四輪獨立驅動電動車過度轉向的魯棒不變集控制方法，具體實施步驟如下：

步驟s1：通過實驗數(shù)據(jù)確定防車輛后軸側向力飽和的后軸車輪側偏角約束值αm。

由圖1可知，后軸側向力與側偏角呈非線性關系，且具有飽和特性。確定的αm為后軸側向力接近飽和時的后軸車輪側偏角值。

步驟s2：將后軸車輪側偏角約束方程轉化為車輛質心側偏角和橫擺率表示的約束方程。

后軸側偏角約束方程為：

αr≤αm(1)，

式中，αr為后軸車輪側偏角。

后軸車輪側偏角αr與質心側偏角β和質心橫擺率γ的關系為：

式中，lr為質心到后軸車輪的距離；vx為質心縱向車速。

由公式(1)和(2)得到將后軸側偏角的約束方程轉化為車輛質心側偏角和橫擺率表示的約束方程：

步驟s3：取將以車輛質心側偏角為橫坐標，以橫擺率為縱坐標的空間劃分為兩個空間：后軸車輪側偏角超出約束值αm(αr＞αm)的空間和后軸車輪側偏角未超出約束值αm(αr＜αm)的空間，如圖2所示。

步驟s4：當車輛質心側偏角和橫擺率處于后軸車輪側偏角未超出約束值αm的空間時，采用保證閉環(huán)穩(wěn)定的橫擺率跟蹤控制方法，具體步驟如下：

(1)以質心側偏角β和質心橫擺率γ為狀態(tài)變量，x＝(β,γ)^t，內外側車輪扭矩差δt作為控制量，u＝δt，考慮系統(tǒng)未建模動態(tài)特性w＝[w1w2]^t，得到單軌側向動力學模型如下：

其中：

式中，m為整車質量，vx為質心縱向速度，iz為車輛繞質心處z軸方向的轉動慣量，cf,r為前后軸平均側偏剛度，lf,r為前后軸到質心的距離，b為平均輪距，r為前輪轉向角，δ為前輪轉向角，w1為內外側車輪側向力折算到軸側向力時產(chǎn)生的誤差，w2為內外側車輪滾動扭矩和風阻扭矩差折算到軸側向力時產(chǎn)生的誤差。

(2)采用任何保證公式(4)閉環(huán)穩(wěn)定的控制器即可。

步驟s5：當車輛質心側偏角和橫擺率運動軌跡與約束方程相交時，采用魯棒不變集控制方法，并將車輛質心側偏角和橫擺率約束在交點的鄰域內，具體步驟如下：

(1)交點的描述

設公式(4)描述的系統(tǒng)的狀態(tài)軌跡與約束方程相交于a1點，如圖3所示。記a1的坐標為(x10,x20)^t，則a1點的動力學方程為：

(2)坐標變換

當公式(4)描述的狀態(tài)軌跡與約束方程相交時，設z1＝x1-x10，x2＝x2-x20，則由公式(4)和(5)可得：

其中，z＝(z1,z2)^t，

(3)魯棒不變集描述

對于公式(6)描述的系統(tǒng)，若z(t0)∈ω，且在控制律的作用下，有：

式中，ω為魯棒不變集。

(4)設計魯棒不變集控制器

對于公式(6)描述的系統(tǒng)，若存在正定對稱陣x∈r^n×n，矩陣y∈r^m×n，標量λ＞0，μ＞0，使得如下線性矩陣不等式成立：

且令p＝x^-1，k＝y(tǒng)x^-1，則得到魯棒不變集控制量

步驟s6：將步驟s5設計的魯棒不變集控制器進行車輛橫擺穩(wěn)定控制。

將魯棒不變集控制量和公式(5)的控制量u0相加，得到防過度轉向的橫擺穩(wěn)定控制量算法流程圖如圖4所示。