[发明专利]一种兼顾节能和稳定的分布式驱动电动汽车控制方法

说明书

本发明提供一种兼顾节能和稳定的分布式驱动电动汽车控制方法，包括如下步骤：步骤S1、纵向力估计；步骤S2、横摆角速度和质心侧偏角估计；步骤S3、上层控制器设计；步骤S4、下层控制器设计。本发明把车辆横摆稳定控制与能量优化有效地结合到一起，能实现单控制策略下的多目标车辆控制效果。且在能量优化过程中，不仅考虑了前后轮毂电机转矩优化分配带来的节能效果，还证明了转向过程中通过转矩分配实现节能的理论依据与可行性，提出一种新的兼顾稳定、电机节能、转向节能的转矩优化分配方案。可用于替代GPS和惯性导航装置得到车辆横摆角速度和质心侧偏角，降低估计成本，为车辆控制提供基础。

技术领域

本发明属于电动汽车研究领域，具体涉及一种兼顾节能和稳定的分布式驱动电动汽车控制方法。

背景技术

分布式驱动电动汽车由四个轮毂电机独立驱动，四个轮毂电机的转矩都独立可控，这一优势为车辆的稳定控制以及能量管理提供了新的操纵自由度。近年来，国内外许多学者都致力于车辆稳定性控制领域的研究，取得了一些重要的研究成果，但能够同时结合车辆稳定控制与车辆节能的控制方法还不多见。在分布式驱动电动汽车的稳定控制研究中，大多通过驱动电机转矩的定向控制分配实现实时的车辆运动控制。然而，以往对转矩优化分配的研究主要关注于轮胎和路面附着的极限条件，以及极限工况下的车辆操纵稳定性。一般来说，电动汽车的牵引能力低于传统内燃机车，因此在现有的电动汽车生产条件下，大多数电动汽车适宜于中低速行驶或城市行驶工况下工作，因此，进行转矩优化分配时，轮胎和路面附着的极限并不是转矩分配最为迫切需要考虑的约束条件。在车辆转向工况中，合理地分配外、内侧电机的驱动力矩，有利于降低车辆的转向行驶阻力，提高车辆经济性，但目前很少有研究考虑到这一点。如果分布式驱动电动汽车的转矩控制能够同时实现车辆的稳定控制与能耗节约，将更具有实际应用意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种兼顾节能和稳定的分布式驱动电动汽车控制方法。

本发明的技术方案是：一种兼顾节能和稳定的分布式驱动电动汽车控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、纵向力估计：通过传感器采集四个电驱动轮的转速、母线电流和电压，针对四个电驱动轮分别设计纵向力观测器，纵向力观测器实时估计出四个车轮的纵向力；

步骤S2、横摆角速度和质心侧偏角估计：将估计出的四个车轮纵向力视为已知量，同时采集前轮转角作为输入量，设计车辆横摆角速度和质心侧偏角估计器，将估计到的横摆角速度和质心侧偏角作为整车控制输入；

步骤S3、上层控制器设计：设计车辆上层控制器，通过实时跟踪理想的车辆横摆角速度和质心侧偏角，得到所需的车辆横摆控制力矩；

步骤S4、下层控制器设计：设计车辆下层控制器，用于四个轮毂电机力矩的动态分配，同时满足车辆稳定与节能的控制目标。

上述方案中，所述步骤S1的具体包括以下步骤：

独立驱动电动汽车每个车轮各由一个轮毂电机单独驱动，由轮毂电机和车轮组成的驱动轮是一个独立的驱动单元，单个车轮的旋转动力学方程为：

式中，ω_j(j＝1,2,3,4)为纵向力F_xj所对应车轮的转速；J₁为车轮转动惯量；r为车轮有效半径；T_Lj为安装于车轮内轮毂电机的负载力矩；

轮毂电机输出轴上的转矩平衡方程为：

轮毂电机等效电路的动态电压平衡方程为：