[发明专利]一种用于四轮毂电机驱动电动汽车的分层系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种用于四轮毂电机驱动电动汽车的分层系统及控制方法，首先根据车速传感器、方向盘转角传感器、电子油门踏板和惯性测量单元计算出横摆力矩，作为横摆力矩决策层；再根据汽车纵向力约束、横摆力矩约束、路面所能提供的最大附着力、电机最大输出力矩的限制，计算出各个轮毂电机的目标转矩，作为目标优化分析层；最后，以当前路面将附着系数和车轮滑移率两个参数输入到路面附着系数估计模糊控制器中，得到与六种标准路面相似程度，进行加权平均后得到当前路面的附着系数估计值，作为路面附着系数监测层，本发明以整车稳定性为控制目标，根据运行工况合理分配电机转矩，提高车辆的操纵性、稳定性、经济性。

技术领域

本发明属于电动汽车智能控制技术领域，具体涉及一种用于四轮毂电机驱动电动汽车的分层系统及控制方法。

背景技术

近年来，由于环保、能源安全双重问题的日益突出，电动汽车再次跃入人们的视野。由于电动汽车采用高效率的充电电池，在运行过程中零尾气排放可大大减少对环境的污染。同时，四轮毂电机驱动电动汽车与传统的燃油动力汽车相比，有着以下优点：首先，电机的转矩响应速度是内燃机的50-100倍，且可准确控制各轮力矩大小与转速。其次，去除了传动轴、离合器等机构，减轻了整车的重量并大大提高了传动效率和续航里程。最后，四轮毂电机驱动电动汽车可以集成多种安全控制技术，如电子稳程序ESP(Electric StabilityProgram)、防抱死系统ABS(Anti-Lock Brake System)、牵引力控制系统TCS(TractionControl System)等。

目前，四轮毂电机驱动电动汽车的发展还比较初级，应用的控制方法多以传动的PID控制(Proportional Integral derivative)、逻辑门限控制等。其控制效果在一般路况时能达到稳定性控制要求，但是当四轮毂驱动电动汽车在转向、高速、或途径道路恶劣等情况下，这些控制方法的效果往往达不到我们的期望值。此外各个分散的安全控制系统同时工作时，也会出现控制系统之间的耦合效应而降低控制效果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于四轮毂电机驱动电动汽车的分层系统及控制方法，以提高车辆操纵性、稳定性和经济性。

为了达到上述目的，一种用于四轮毂电机驱动电动汽车的分层系统，包括第一轮毂电机、第二轮毂电机、第三轮毂电机和第四轮毂电机，第一轮毂电机、第二轮毂电机、第三轮毂电机和第四轮毂电机分别通过对应的第一电机控制器、第二电机控制器、第三电机控制器和第四电机控制器相连，第一电机控制器、第二电机控制器、第三电机控制器和第四电机控制器均连接整车控制器，整车控制器连接方向盘转角传感器、电子油门踏板、电子刹车踏板、惯性测量单元和车速传感器。

一种用于四轮毂电机驱动电动汽车的分层系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，通过车速传感器、方向盘转角传感器和电子油门踏板联合二自由度车辆参考模型得到偏离理想运动状态的横摆角速度和质心侧偏角差值，再结合惯性测量单元进行前馈补偿和最优反馈补偿，得到整车保持稳定所需的横摆力矩M_zd；

步骤二，以横摆力矩M_zd为输入，联合考虑汽车纵向力约束、横摆力矩约束、路面所能提供的最大附着力、电机最大输出力矩的限制，以稳定性为目标进行二次规划求最优解，得出各个轮毂电机的目标转矩，通过CAN通信网络发送到各个轮毂电机控制器中，实现稳定性控制；

步骤三，以当前路面利用附着系数μ和车轮滑移率λ两个参数作为输入，输入到路面附着系数估计模糊控制器中，得到与六种标准路面相似程度k_i，进行加权平均后得到当前路面的附着系数估计值μ_max，然后将路面附着系数估计值μ_max返回到步骤二作为下一次优化求解的限制条件。