[发明专利]一种装备非充气弹性车轮的分布式电动汽车稳定性控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种装备非充气弹性车轮的分布式电动汽车稳定性控制系统及方法，所述分布式电动汽车装备有含有轮毂电机驱动的非充气弹性车轮，所述稳定性控制系统包括上层控制器和下层控制器；其中：所述上层控制器包括滑模控制器和PID速度跟踪控制器，滑模控制器用于获得期望的横摆力矩，PID速度跟踪控制器用于跟踪汽车的车速，并且估计出期望的纵向力；所述下层控制器为HCC底盘控制器，结合滑移能量计算公式，通过上层控制器获得的纵向力和横摆力矩，进行力矩分配。本发明能够提升车辆在紧急工况下的稳定性，并减少车辆的滑移能量，即减小车轮的磨损。本发明可以有效地防止车轮高速行驶时爆胎所带来的危险。

技术领域

本发明涉及汽车轮胎安全性以及智能控制领域技术，具体涉及分布式电动汽车稳定性控制方法。

背景技术

轮胎的安全性是车辆安全研究的重要课题，当车辆在高速行驶发生爆胎时，乘员的死亡率相当高。因此，一种新型安全轮胎的提出即为迫切。非充气弹性车轮(NPEW)由于采用非充气式结构，不会发生爆胎的危险。然而，解决爆胎的危险并不能完全解决车辆行驶的安全性问题，NPEW的磨损难以避免，如何降低其磨损程度也是一个极为重要的研究方向。

分布式驱动电动汽车作为电动化方向发展的一个重要分支，其各驱动轮转矩独立可控，这为车辆底盘动力学控制带来了巨大优势。分布式驱动电动汽车驱动控制技术的研究，有助于充分发挥分布式驱动电动汽车转矩独立控制的优势，提高整车的稳定性、安全性和平顺性。因此，在该背景下，把NPEW装配在分布式驱动电动车上，研究其在极端工况下磨损程度最小化，则更加提高车辆的安全性，是该领域的一个重要尝试。

直接横摆力矩控制(DYC)系统是目前主要的汽车稳定性控制系统，分布式驱动电动汽车DYC可以通过各轮驱动力/制动力独立控制来实现。当前DYC控制多采用分层控制结构，上层控制器产生总的需求横摆力矩，下层控制器实现各车轮力矩分配。

发明内容

针对现有分布式电动汽车的轮胎安全性以及极端工况下行驶稳定性问题，本发明的目的是提供一种装备非充气弹性车轮的分布式电动汽车稳定性控制系统及方法，以改善汽车在高速行驶以及极端工况下的安全问题，提高车辆的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种装备非充气弹性车轮的分布式电动汽车稳定性控制系统，所述分布式电动汽车装备有含有轮毂电机驱动的非充气弹性车轮，所述稳定性控制系统包括上层控制器和下层控制器；其中：

所述上层控制器包括滑模控制器和PID速度跟踪控制器，滑模控制器用于获得期望的横摆力矩，PID速度跟踪控制器用于跟踪汽车的车速，并且估计出期望的纵向力；

所述下层控制器为HCC底盘控制器，结合滑移能量计算公式，通过上层控制器获得的纵向力和横摆力矩，进行力矩分配。

所述滑模控制器采用积分项联合终端项的滑模面设计方法获得期望的横摆力矩；滑模趋近律采用指数趋近律，采用边界层发削弱抖振影响，在零值附近设置一个边界层，在边界层内以连续的饱和函数sat(s)来替代符号函数sgn(s)。

所述滑模控制器通过以下步骤得到横摆力矩：

(1)首先通过二自由度车辆模型，根据方向盘转角传感器检测出转角信号δ_f，车速传感器检测出车速u，使用下式计算出期望的横摆角速度ω_rd1，

式中，l为车辆的轴距即a+b，a和b分别代表车辆质心到车辆前轴和后轴的距离， K为稳定性系数；

由于车辆在行驶时受到路面附着条件的限制，其侧向加速度a_y应受到如下约束：

|a_y|≤μg