輪轂/輪邊電機驅動電動汽車橫擺穩定控制中的期望橫擺率設計方法與流程
本發明屬于車輛橫擺穩定控制技術領域，涉及一種輪轂/輪邊電機驅動電動汽車橫擺穩定控制中的期望橫擺率設計方法。
背景技術：
車輛橫擺穩定控制是防止車輛不足轉向或過度轉向，提高車輛轉向安全性的重要技術手段。傳統汽車通過附加制動扭矩調節橫擺率，實現安全轉向的控制目標。為避免長時間附加制動扭矩對制動器和車速產生影響，傳統汽車在轉向開始時不進行橫擺穩定控制，當識別到車輛處于不足轉向或過度轉向后才通過橫擺穩定控制調節車輛橫擺率，防止不足轉向或過度轉向現象的產生。
與傳統汽車橫擺穩定控制方式不同，輪轂/輪邊電機驅動電動汽車利用車輪扭矩獨立驅動的特點，通過調節左右側驅動扭矩差使車輛附加橫擺扭矩，利用該扭矩改變車輛橫擺率，實現車輛橫擺穩定控制功能。這種橫擺穩定控制方式的改變，使得輪轂/輪邊電機驅動電動汽車不僅可以實現傳統汽車的橫擺穩定控制功能，達到安全轉向的控制目標，還可在車輛轉向開始時就進行橫擺穩定控制，提高車輛的轉向性能。因此，輪轂/輪邊電機驅動電動汽車開始轉向后，可首先進行橫擺率跟蹤控制，使實際橫擺率跟蹤期望橫擺率，改善車輛橫擺動態響應性能；當識別到不足轉向或過度轉向后，則將控制目標轉換為防止不足轉向或過度轉向。
目前，輪轂/輪邊電機驅動電動汽車橫擺穩定控制的研究側重在橫擺率跟蹤控制算法上。橫擺率跟蹤控制過程中，一種方法是將單軌車輛模型的穩態值作為期望橫擺率或根據路面附著系數和車速直接計算期望橫擺率。這種直接計算期望橫擺率的方法過于粗糙，工況適用性差，難以應用。其原因是不同附著系數路面、車速和方向盤轉角時，期望橫擺率會過大或過小。當期望橫擺率過大時，橫擺率跟蹤控制在改善車輛橫擺動態響應性能過程中易導致車輪側向力飽和，使車輛出現過度轉向現象從而導致車輛失穩。當期望橫擺率過小時，橫擺率跟蹤控制無法改善車輛橫擺動態響應性能。
為避免直接計算期望橫擺率所帶來的上述問題，工程中也采用在不同車速和方向盤轉角工況下，根據實際測量的橫擺率和修正方法進行期望橫擺率試驗標定的方法。但遍歷可能的車速和方向盤轉角范圍將面臨大量的試驗，帶來周期長，成本高的問題。
輪轂/輪邊電機驅動電動汽車橫擺穩定控制中，期望橫擺率對于提高橫擺響應性能，防止車輛失穩非常重要，但目前缺乏有效的方法。
技術實現要素：
本發明針對直接計算期望橫擺率帶來的工況適用性差，難以應用，以及試驗標定期望橫擺率帶來的試驗量大、周期長、成本高的問題，提供了一種輪轂/輪邊電機驅動電動汽車橫擺穩定控制中的期望橫擺率設計方法。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
一種輪轂/輪邊電機驅動電動汽車橫擺穩定控制中的期望橫擺率設計方法，包括如下步驟：
一、根據車輪試驗數據確定前后軸車輪側向力進入飽和時對應的前后軸車輪側偏角αfm和αrm。
二、依據前軸車輪側偏角αf和αfm，將前軸側向力分為5個分區：線性1區：
三、依據后軸車輪側偏角αr和αrm，將后軸側向力分為5個分區：線性1區：
四、對前軸車輪側向力5個分區和后軸車輪側向力5個分區進行組合，以下六種分區為有效分區，其余分區為無效分區：
第一有效分區：前后軸都處于線性1區；
第二有效分區：前軸處于線性2區，后軸處于線性1區；
第三有效分區：前后軸都處于線性2區；
第四有效分區：前軸處于非線性1區，后軸處于線性2區；
第五有效分區：前軸處于非線性2區，后軸處于線性2區；
第六有效分區：前軸處于飽和區，后軸處于線性2區。
五、橫擺穩定控制過程中，根據估計出的前后軸側偏角，確定所在的分區，若為有效分區，則計算期望橫擺率；若為無效分區，則保持原有期望橫擺率不變。
本發明依據車輪側偏角和車輪側向力特征，將車輛側向力劃分為不同特性的區域，并由此計算期望橫擺率，可避免期望橫擺率設計的過大或過小對橫擺響應性能或橫擺穩定性能的影響。
附圖說明
圖1為前軸車輪進入飽和區時對應的前軸車輪側偏角αfm；
圖2為后軸車輪進入飽和區時對應的后軸車輪側偏角αrm；
圖3為前軸車輪側偏角的三分區：線性區、非線性區和飽和區；
圖4為前軸車輪側偏角的五分區：2個線性區、2個非線性區和1個飽和區。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的保護范圍中。
本發明提供了一種輪轂/輪邊電機驅動電動汽車橫擺穩定控制中的期望橫擺率設計方法，具體實施步驟如下：
一、根據車輪試驗數據，繪制前(后)軸車輪側向力與側偏角的曲線，將曲線中側向力進入飽和時對應的前(后)軸車輪側偏角作為αfm(αrm)，如圖1和圖2所示。
二、根據車輪側向力與側偏角的非線性特性，依據車輪側偏角對側向力進行第一次分區。第一次分區是將車輪側向力分為三個區，即線性區、非線性區和飽和區。圖3為前軸側向力與側偏角的分區方法，對前軸車輪側偏角和側向力進行第一次分區時，線性區的取值為
三、對步驟二給出的第一次分區再次進行分區，分區方法是將線性區再分為2個區，非線性再分為2個區，最終形成5個分區，如圖4所示。對前軸車輪側偏角和側向力進行前軸第二次分區時，線性1區為：
四、對前軸車輪側向力5個分區和后軸車輪側向力5個分區進行組合，以下六種分區為有效分區，其余分區為無效分區：
第一有效分區：前后軸都處于線性1區；
第二有效分區：前軸處于線性2區，后軸處于線性1區；
第三有效分區：前后軸都處于線性2區；
第四有效分區：前軸處于非線性1區，后軸處于線性2區；
第五有效分區：前軸處于非線性2區，后軸處于線性2區；
第六有效分區：前軸處于飽和區，后軸處于線性2區。
五、橫擺穩定控制過程中，根據估計出的前后軸側偏角，確定所在的分區，若為有效分區，則按以下方法計算有效分區的期望橫擺率γs(i＝1,2,3,4,5,6)；若為無效分區，則保持原有期望橫擺率不變。期望橫擺率的計算公式如下：
第一有效分區：
第二有效分區：
γ2s＝γ2s1+γ2s2(2)；
其中：
第三有效分區：
γ3s＝γ3s1+γ3s2+γ3s3(3)；
其中：
第四有效分區：
γ4s＝γ4s1+γ4s2+γ4s3(4)；
其中：
第五有效分區：
γ5s＝γ5s1+γ5s2+γ5s3(5)；
其中：
第六有效分區：
上式中各物理量定義如下：
m—車輛質量；
δ—車輛前輪轉向角；
vx—車輛縱向速度；
lf—車輛質心到前軸的距離；
lr—車輛質心到后軸的距離；
l—車輛軸距l＝lf+lr；
cfi—前軸側向力處于第i個分區對應的輪胎側偏剛度；
cri—后軸側向力處于第i個分區對應的輪胎側偏剛度。
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