分布式電驅動車輛縱-橫-垂向力協(xié)同控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分布式電驅動車輛縱-橫-垂向力協(xié)同控制方法，利用車輛控制系統(tǒng)完成：1)期望合力與力矩的制定；2)四輪縱、橫、垂向力優(yōu)化分配；3)力的具體執(zhí)行。其中，利用車輛的各種信息，獲得整車合力和力矩的期望值，然后建立約束條件和目標函數構成完整的輪胎力優(yōu)化問題，再對此問題設計優(yōu)化求解算法，優(yōu)化算法包括采用障礙函數法和牛頓法的約束優(yōu)化方法、基于車輛狀態(tài)連續(xù)性的可行域規(guī)劃方法。本發(fā)明無須根據不同工況對輪胎力實施不同控制策略，實現了輪胎縱、橫、垂向力的統(tǒng)一優(yōu)化分配與控制，綜合改善了車輛操縱穩(wěn)定性能和車輛行駛姿態(tài)，未來可用于實現車輛的無人駕駛。
【專利說明】分布式電驅動車輛縱_橫-垂向力協(xié)同控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及分布式電驅動車輛的底盤一體化控制技術，特別是關于一種分布式電驅動車輛的縱、橫、垂向力優(yōu)化分配與控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著汽車技術的進步和發(fā)展，多種多樣的底盤電子控制技術得到了廣泛的研究和應用。這些底盤電子控制技術主要從輪胎縱、橫、垂向力三方面分別進行主動控制，提升車輛操縱穩(wěn)定性能或改善車輛行駛姿態(tài)。但由于車輛系統(tǒng)具有動力學嚴重耦合的復雜特性，各種底盤電子控制系統(tǒng)在控制目標和執(zhí)行效果等方面存在不同程度的沖突或互補。為消除不同底盤電子控制系統(tǒng)之間的沖突并增強其互補性，綜合提升車輛操縱穩(wěn)定性并改善車輛行駛姿態(tài)，必須對車輛的縱、橫、垂向力進行協(xié)同控制，從而提升車輛的綜合性能。
[0003]然而，目前的底盤一體化控制研究存在著明顯的不足。首先，對輪胎垂向力的主動控制缺乏對車輛操縱穩(wěn)定性目標和車輛姿態(tài)目標的綜合考慮。現有研究中，大多利用主動懸架力控制車身垂向振動、俯仰、側傾等車身姿態(tài)目標；針對操縱穩(wěn)定性目標僅考慮輪胎動載荷最小或按比例跟隨制動力矩，并未根據車輛實際狀態(tài)對各輪垂向力進行綜合優(yōu)化設計。其次，現有底盤一體化控制系統(tǒng)尚未提出能真正實現輪胎縱、橫、垂向力統(tǒng)一優(yōu)化分配的方法。當前研究僅能實現輪胎縱、橫向力統(tǒng)一優(yōu)化分配，而對輪胎垂向力的分配則大多采用劃分經驗工況、平均分配等人為解耦的方法，缺乏嚴謹的理論依據，不能實現最優(yōu)的控制效果。

【發(fā)明內容】

[0004]為解決分布式電驅動車輛縱-橫-垂向力協(xié)同控制問題，本發(fā)明旨在提出一種綜合考慮了操縱穩(wěn)定性目標和車身姿態(tài)目標，能夠實現輪胎縱、橫、垂向力統(tǒng)一優(yōu)化分配的協(xié)同控制方法。
[0005]為實現上述目的，本發(fā)明建立的分布式電驅動車輛縱-橫-垂向力協(xié)同控制方法，米用如下技術方案:一種分布式電驅動車輛縱-橫-垂向力協(xié)同控制方法，其特征在于:在車輛控制系統(tǒng)的控制下，完成如下操作:
[0006]I)根據車輛狀態(tài)參數實時制定車輛期望合力與力矩；
[0007]2)綜合考慮車輛行駛期望、輪胎附著極限和執(zhí)行器特性，建立統(tǒng)一目標函數，并設計約束優(yōu)化和可行域規(guī)劃方法相結合的求解算法，將步驟I)中獲得的期望合力優(yōu)化分配為四輪最優(yōu)縱、橫、垂向力；
[0008]3)采用電機驅動、前后輪主動轉向和主動懸架控制將步驟2)中分配好的力具體執(zhí)行；
[0009]其中，所述步驟2)中，期望合力優(yōu)化分配為四輪最優(yōu)縱、橫、垂向力的具體分配過程為:
[0010]a)首先在滿足如下約束條件的集合的基礎上，建立目標函數:[0011]i)約束條件的集合為式(9)-(19):
[0012]Fxj des=Fxfi+Fxfr+Fxrl+Fxrr(9)
[0013]Fy, des=Fyfl+Fyfr+Fyrl+Fyrr(10)
[0014]Fz, des=mg=Fzft+Fzfr+Fzrl+Fzrr(11)
[0015]Mx, des=0.5tf (Fzfl-Fzfr)+0.5tr (Fzrl-Fzrr)(12)
[0016]My, des=_lf (Fzft+Fzfr)+Ir (Fzrl+Fzrr)(13)
[0017]Mz, des=lf (Fyfl+Fyfr) -1r (Fyrl+Fyrr) +0.5tf (_Fxfl+Fxfr) +0.5tr (_Fxrl+Fxrr)(14)
[0018]
【權利要求】
1.一種分布式電驅動車輛縱-橫-垂向力協(xié)同控制方法,其特征在于:在車輛控制系統(tǒng)的控制下，完成如下操作: 1)根據車輛狀態(tài)參數實時制定車輛期望合力與力矩； 2)綜合考慮車輛行駛期望、輪胎附著極限和執(zhí)行器特性，建立統(tǒng)一目標函數，并設計約束優(yōu)化和可行域規(guī)劃方法相結合的求解算法，將步驟I)中獲得的期望合力優(yōu)化分配為四輪最優(yōu)縱、橫、垂向力； 3)采用電機驅動、前后輪主動轉向和主動懸架控制將步驟2)中分配好的力具體執(zhí)行； 其中，所述步驟2)中，期望合力優(yōu)化分配為四輪最優(yōu)縱、橫、垂向力的具體分配過程為: a)首先在滿足如下約束條件的集合的基礎上，建立目標函數: i)約束條件的集合為式(9)-(19):
2.根據權利要求1所述的分布式電驅動車輛縱-橫-垂向力協(xié)同控制方法，其特征在于:所述步驟3)中，力的具體執(zhí)行過程為: 以所得的各個輪胎的縱、橫、垂向力最優(yōu)分配值為目標，通過電機驅動控制實現各個輪胎縱向力，通過主動前后輪轉向電機控制實現各個輪胎橫向力，通過主動懸架控制實現各個輪胎垂向力；其中，根據各個輪胎的橫向力最優(yōu)分配值制定前、后輪轉向角目標值的方法如下: 首先采用基于Dugoff模型的解析式輪胎逆模型，將輪胎橫、縱、垂向力最優(yōu)分配值Fxi,
轉化為輪胎側偏角目標值a ≤des:
3.根據權利要求2所述的分布式電驅動車輛縱-橫-垂向力協(xié)同控制方法，其特征在于: 步驟3)中各個驅動電機的輸出力矩Twi,des為:
4.根據權利要求2或3所述的分布式電驅動車輛縱-橫-垂向力協(xié)同控制方法，其特征在于: 各個主動懸架輸出的主動懸架力Fzi,A為:KlA =(KtJm-K)! L(31 )其中，為各輪垂向力，其值根據普遍采用的載荷轉移原則估計得到，is為輪胎垂向力傳遞至懸架時的機械增益常量，其值由車型參數得到。
5.根據權利要求1所述的分布式電驅動車輛縱-橫-垂向力協(xié)同控制方法，其特征在于:所述車輛控制系統(tǒng)為底盤一體化控制系統(tǒng)，包括車輛狀態(tài)參數獲取單元、目標制定單元、力分配單元和執(zhí)行單元；其中， 所述車輛狀態(tài)參數獲取單元包括:一安裝在車輛質心處的縱向車速傳感器、一安裝于車輛俯仰中心的車身俯仰角傳感器、一安裝于車輛側傾中心的車身側傾角傳感器、一安裝于車輛質心處的車輛縱向加速度傳感器、一安裝于車輛質心處的車輛橫向加速度傳感器、一安裝于轉向盤管柱的轉向盤轉角傳感器、一安裝于加速踏板處的加速踏板傳感器、四個分別安裝于四個獨立驅動電機輸出軸的電機轉矩傳感器、一安裝于儀表面板處的GPS導航儀、兩個分別安裝于車輛前、后軸中心處的數字攝像頭，以及安裝于整車控制系統(tǒng)中的信號處理模塊； 所述目標制定單元包括駕駛員意圖識別單元和期望合力與力矩制定單元，根據車輛狀態(tài)參數獲取單元獲得的車輛狀態(tài)信息判斷駕駛員意圖并統(tǒng)一制定車輛縱、橫、垂向運動所需的期望合力與力矩； 所述力分配單元建立有目標函數和約束條件并設計優(yōu)化算法，將目標制定單元制定的期望合力與力矩優(yōu)化分配為各輪縱、橫、垂向力； 所述執(zhí)行單元以實現力分配單元分配的各個輪胎的縱、橫、垂向力為目標，實施電機驅動、前/后輪主動轉向和主動懸架控制，包括四個獨立安裝在四個車輪處的驅動電機、兩個獨立安裝的前輪轉向電機和后輪轉向電機、四個分別安裝在車輛左前、右前、左后、右后的主動懸架力作動器。
【文檔編號】B60W30/02GK103448716SQ201310413708
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月12日 優(yōu)先權日:2013年9月12日
【發(fā)明者】羅禹貢, 曹坤, 李克強, 褚文博, 戴一凡, 連小珉, 楊殿閣, 王建強, 鄭四發(fā) 申請人:清華大學