[发明专利]车辆稳定性模型预测控制方法

说明书

一种车辆稳定性模型预测控制方法，属于控制技术领域。本发明的目的是建立考虑路面不平度的车辆横摆动力学模型，然后运用模型预测控制算法来设计横摆稳定控制器，来有效防止电动汽车在恶劣工况以及急转弯的情况下，车辆发生侧倾、甩尾的车辆稳定性模型预测控制方法。本发明的步骤是：考虑路面不平度的电动汽车力学和动力学模型搭建、横摆稳定控制器。本发明在进行转矩分配策略制定的过程中，考虑了车辆安全性（防止打滑或者抱死，侧倾或者甩尾）、整车性能（加速和制动性能）、驾驶舒适性（力矩变化不能太大，垂向力变化值不能太大）、节约控制能量（在满足性能前提下节约能量）。提高整车动力学性能。

技术领域

本发明属于控制技术领域。

背景技术

近年来随着环境污染和能源危机的日益加重，节能减排成为了国内乃至世界的重要 目标。电动汽车由于其高能效、低排放、低噪声、能进行能量回收等优势已然成为当今汽车 工业发展的重大方向，国家也出台了大量的优惠政策支持企业研究电动汽车。

采用轮毂电机驱动的电动汽车是近些年研究的热点，因其将轮毂电机直接安装在车 轮上，节省空间，且能够轻量化汽车。四轮轮毂驱动电动汽车的各个驱动轮的驱动力可以进 行直接独立精确的控制，使得控制更为灵活、方便，合理控制各电动轮的驱动力可以改善电 动汽车在恶劣路面条件下的行驶性能，提高车辆操作稳定性。考虑不平路面的电动汽车稳定 性控制系统作为电动汽车的主要控制系统之一，它的关键任务是在不平路面，考虑车辆的垂 向动力学性能，协调控制四个车轮的驱动、制动力矩来实现车辆横摆稳定性的控制目标同时 兼顾电动汽车的乘车舒适性。与传统内燃机汽车相比获得更好的横摆稳定性能。在直线行驶 时有效防止车轮驱动时过度滑转或者制动时抱死，同时保证输出力矩的有效性，也就是获得 良好的加速和制动性能；在弯道行驶时，可以保证车辆的横摆稳定性能，防止车辆侧倾、甩 尾。对于电动汽车，由于其结构比较简单，控制问题可以得到适当简化，同时，电机的响应 速度快，电机的扭矩和转速容易获取，这为本次研究的控制系统应用提供了良好的基础条件。 针对于考虑不平路面的四轮轮毂驱动电动汽车的横摆稳定控制，主要有以下问题：

1.目前的车辆横摆稳定控制，主要是集成主动转向和直接横摆力矩控制的横摆稳定 控制，主要是考虑车辆纵向、横向动力学性能，并没有考虑车辆垂向动力学性能，而考虑垂 向性能的电动汽车横摆稳定性控制，采用的是主动悬架，增加了悬挂电机的个数，同时主动 悬架的电机振动，也是影响车辆乘坐舒适性的主要因素，因此，采用被动悬架考虑不平路面 的车辆横摆稳定集成控制是一个复杂的系统，控制上具有一定难度。

2.解决在恶劣道路附着条件下或高速急弯等危险工况时，电动汽车容易产生侧滑或 者甩尾的问题，为了保持车辆稳定和良好的操纵性，需要使得系统的输出跟踪上期望模型， 解决车辆在急加速或者紧急制动时车轮发生打滑或者抱死的情况，需要将车轮滑移率控制在 稳定范围内；为了保证车辆的舒适性能，垂向力变化值不能过大；并且电机转矩不能过大， 要节约能量；同时考虑执行器电机的实际情况，保持平滑的转向和电机驱动行为，应该减小 控制量变化。这四个控制目标是矛盾的，因此需要折中处理。

3.由于四轮驱动电动汽车，四轮转矩可以独立分配，可以提升电动汽车动力学性能， 但是转矩分配规则的制定存在一定难度，转矩分配不协调极易导致电动汽车处在危险的工况， 因此电动汽车的转矩分配也是亟待解决的一个问题。

4.四轮驱动电动汽车四个车轮是彼此独立驱动的，因此需要同时控制四个车轮的力 矩，并且还要考虑到车辆本身的约束条件，比如电机的最大输出力矩，以及车辆的安全性约 束等等。这实际是一个多目标带约束的复杂优化控制问题。普通的传统算法已经难以满足要 求。

发明内容

本发明的目的是建立考虑路面不平度的车辆横摆动力学模型，然后运用模型预测控 制算法来设计横摆稳定控制器，来有效防止电动汽车在恶劣工况以及急转弯的情况下，车辆 发生侧倾、甩尾的车辆稳定性模型预测控制方法。

本发明的步骤是：