本發(fā)明屬于電動(dòng)汽車控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于atsm的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫向穩(wěn)定性控制方法。

背景技術(shù)：

純電動(dòng)汽車技術(shù)是《中國制造2025》中提出要優(yōu)先發(fā)展的主題之一，隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，純電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)形式日趨多樣性，輪轂電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)就是其中一種新型的驅(qū)動(dòng)方式。輪轂電機(jī)同時(shí)信息單元及執(zhí)行單元，輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速信息可精確獲取，轉(zhuǎn)矩精確可控。因此分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車相對于傳統(tǒng)汽車在主動(dòng)安全方面具有顯著的控制優(yōu)勢，研究分布式驅(qū)動(dòng)架構(gòu)下電動(dòng)汽車的橫向穩(wěn)定性控制方法很有必要。

國家專利201610137131.3通過利用一階滑?？刂扑惴ǜ櫪硐霗M擺角速度，從而獲得調(diào)整橫擺力矩，以飽和函數(shù)代替符號(hào)函數(shù)輸出調(diào)整橫擺力矩，在一定程度上可抑制一階滑?？刂频亩墩?。但是在極限突變工況下，難以有效抑制一階滑模控制固有的抖振，控制性能將大幅度下降，無法保證車輛的橫向穩(wěn)定性；國家專利201610622367.6提出在實(shí)時(shí)不同的工況下，通過查表的方式選取相應(yīng)的一階滑模控制增益，在一定程度上提高了控制系統(tǒng)的魯棒性并抑制控制系統(tǒng)的抖振。但是由于其保留了符號(hào)函數(shù)形式的輸出，無法保證全工況下的抖振抑制；國家專利201610532348.4通過設(shè)計(jì)模型規(guī)則計(jì)算出調(diào)整橫擺力矩，最后通過后輪轉(zhuǎn)矩分配實(shí)時(shí)橫擺力矩控制。但是該方法沒有充分利用四輪分布式驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢，當(dāng)后輪轉(zhuǎn)矩輸出飽和時(shí)，就無法保證車輛橫向穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于atsm的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫向穩(wěn)定性控制方法，實(shí)現(xiàn)分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫向穩(wěn)定性的精確控制，提高車輛橫向穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供一種基于atsm的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫向穩(wěn)定性控制方法，包括以下步驟：

s1，建立3自由度非線性整車模型作為參考模型；

s2，在分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫向穩(wěn)定性分層式控制系統(tǒng)的框架下，基于tsm控制算法設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的上層控制器；

s3，設(shè)計(jì)所述步驟s2中tsm控制增益的自適應(yīng)律。

s4，構(gòu)造lyapunov函數(shù)，對所設(shè)計(jì)控制方法進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

進(jìn)一步，所述s2的具體過程為：

s2.1，建立分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫擺動(dòng)力學(xué)方程，即：

式中：mz為直接橫擺力矩(控制力矩)，n·m；iz為車輛橫擺慣量，kg·m²；f表示輪胎力，n，由dugoff輪胎模型給出，下標(biāo)x、y分別表示輪胎縱向及橫向；fl、fr、rl、rr分別表示左前輪、右前輪、左后輪及右后輪；a、b分別表示前、后軸軸距，m；δ(δ＝δsw/i，δsw為方向盤轉(zhuǎn)角，i為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)比)為前輪轉(zhuǎn)角，rad；b為前、后輪輪距，m；d為模型不確定性及干擾造成的集總擾動(dòng)，n·m。

其中：d為正常數(shù)。

s2.2，基于所述s2.1，采用tsm控制算法設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)上層控制器：

定義滑模變量：

上層控制器輸出為：

u＝u1+u2

其中：

式中：γ、γd分別為橫擺角速度實(shí)際值及基于3自由度非線性整車參考模型的理想值，rad/s；β、βd分別為質(zhì)心側(cè)偏角實(shí)際值及基于3自由度非線性整車參考模型的理想值，rad；α為螺旋滑?？刂圃鲆?；u1為建模補(bǔ)償前饋輸出，u2為atsm控制輸出。

更進(jìn)一步，所述s3的具體過程為：

螺旋滑?？刂圃鲆孀赃m應(yīng)律設(shè)計(jì)如下：

式中：k、ω、θ、μ、λ及αt均為正常數(shù)。

最后，所述s4的具體過程為：

構(gòu)造lyapunov函數(shù)如下：

其中：

式中：β、α^*均為正常數(shù)。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明采用二階滑模變結(jié)構(gòu)算法中的螺旋滑?？刂扑惴?，控制器輸出的是符號(hào)函數(shù)的積分值，可有效的抑制傳統(tǒng)滑?？刂扑惴ㄖ械亩墩瘛Ｍ瑫r(shí)通過對螺旋滑?？刂圃鲆孢M(jìn)行自適應(yīng)設(shè)計(jì)，當(dāng)車輛出現(xiàn)較大橫向偏差時(shí)，可迅速施加直接橫擺力矩控制，糾正行駛姿態(tài)；當(dāng)車輛出現(xiàn)較小橫向偏差時(shí)，則施加較小直接橫擺力矩控制，改善車輛操縱穩(wěn)定性。綜上，本發(fā)明可有效提高分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫向穩(wěn)定性控制精度，抑制控制系統(tǒng)抖振。

附圖說明

圖1是3自由度非線性整車參考模型；

圖2是分層式分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)示意圖。

圖3是基于atsm的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫向穩(wěn)定性控制流程圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對基于atsm的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫向穩(wěn)定性控制方法作進(jìn)一步的說明。

基于atsm的分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫向穩(wěn)定性控制方法，包括步驟：

s1，建立3自由度非線性整車模型作為理想?yún)⒖寄Ｐ停鐖D1所示，具體如下：

式中：γ為理想橫擺角速度，rad/s；β理想質(zhì)心側(cè)偏角，rad；vx為理想縱向車速，m/s；m為整車質(zhì)量，kg；a、b分別表示前、后軸軸距，m；k1、k2分別為前后軸等效側(cè)偏剛度；δ(δ＝δsw/i，δsw為方向盤轉(zhuǎn)角，i為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳動(dòng)比)為前輪轉(zhuǎn)角，rad；ax量測縱向加速度。

s2，在分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫向穩(wěn)定性分層控制系統(tǒng)的框架下，基于tsm控制算法設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的上層控制器，如圖2所示；

s2.1，建立分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫擺動(dòng)力學(xué)方程，即：

式中：mz為直接橫擺力矩(控制力矩)，n·m；iz為車輛橫擺慣量，kg·m²；f表示輪胎力，n，由dugoff輪胎模型給出，下標(biāo)x、y分別表示輪胎縱向及橫向；fl、fr、rl、rr分別表示左前輪、右前輪、左后輪及右后輪；a、b分別表示前、后軸軸距，m；b為前、后輪輪距，m；d為模型不確定性及干擾造成的集總擾動(dòng)，n·m。

s2.2，基于所述s2.1，，采用tsm控制算法設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)上層控制器：

定義滑模變量：

分別對滑模變量求一階導(dǎo)及二階導(dǎo)，并把式(1)代入，得：

其中：d為正常數(shù)。

上層控制器輸出為：

mz＝u＝u1+u2(6)

其中：

式中：γ、γd分別為橫向角速度實(shí)際值及基于3自由度非線性整車參考模型的理想值，rad/s；β、βd分別為質(zhì)心側(cè)偏角實(shí)際值及基于3自由度非線性整車參考模型的理想值，rad；α為螺旋滑模控制增益；u1為建模補(bǔ)償前饋輸出，u2為atsm控制輸出。

s3，設(shè)計(jì)所述步驟s2中tsm控制增益的自適應(yīng)律，如圖3所示，具體如下：

為使滑模變量及其導(dǎo)數(shù)在有限時(shí)間內(nèi)收斂到0，需要對控制增益進(jìn)行自適應(yīng)控制。為此，本發(fā)明提出以下控制增益自適應(yīng)律：

穩(wěn)定性條件：

式中：k、ω、θ、μ、λ及αt均為正常數(shù)。

s4，構(gòu)造lyapunov函數(shù)，對所設(shè)計(jì)控制方法進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

構(gòu)造lyapunov函數(shù)如下：

其中：

式中：β、α^*均為正常數(shù)。

首先進(jìn)行穩(wěn)定性分析，即證明在有限時(shí)間內(nèi)收斂：

式中：

當(dāng)滿足0<β<2α^3/2，有

對求導(dǎo)得：

簡化得：

又：

上式右邊寫成：

式中：

若上式滿足α>2d，則有：

又：

利用不等式得：

式中：

采用自適應(yīng)律的控制增益α是有界的，這是因?yàn)?，?dāng)0≤t≤tc時(shí)，有：

式中：tc為有限收斂時(shí)間，故控制增益α是有界的；而當(dāng)時(shí)，增益α遞減，直到重新滿足。

由以上有界性分析可知，必存在一正數(shù)α^*，使得α-α^*<0恒成立，因此有：

故系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)可在有限時(shí)間內(nèi)收斂到零點(diǎn)附近。綜上，當(dāng)滿足：

所設(shè)計(jì)的控制器是穩(wěn)定的。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。