本發(fā)明涉及一種電動汽車的差動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及方法，尤其是涉及一種分布式驅(qū)動電動汽車的差動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

汽車的轉(zhuǎn)向性能是汽車行駛過程當(dāng)中最為重要的性能之一，長期以來深受人們的重視，隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，改善駕駛員操縱感受越來越受到關(guān)注。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)先后經(jīng)歷了機械轉(zhuǎn)向式、液壓助力式、電子液壓助力式和電動助力式等階段。但無論是電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)還是線控轉(zhuǎn)向技術(shù)都需要安裝額外的助力電機來完成車輛的轉(zhuǎn)向過程。這對于以內(nèi)燃機為動力的車輛來說是十分合適的。但是近年來隨著電動汽車的發(fā)展，分布式驅(qū)動電動汽車的出現(xiàn)為汽車動力學(xué)控制技術(shù)提出了一些新思路。分布式驅(qū)動電動汽車將電機直接安裝在驅(qū)動車輪內(nèi)或驅(qū)動車輪附近，發(fā)動機被電池所代替。去除傳統(tǒng)動力傳動系統(tǒng)后，車輛具有更高的傳遞效率，結(jié)構(gòu)也更為緊湊。此外，分布式驅(qū)動電動汽車的電機可單獨施加控制，控制方式更加靈活，因而車輛的主動安全控制更易實現(xiàn)。分布式驅(qū)動電動汽車由于驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩獨立可控，轉(zhuǎn)彎時可人為使左右轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪的驅(qū)動力不相等，該驅(qū)動力差值與主銷偏移距所產(chǎn)生的力矩使車輪繞其轉(zhuǎn)向主銷轉(zhuǎn)動，從而變成一個驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)向的力矩。這樣便可以利用該力矩實現(xiàn)助力轉(zhuǎn)向，并省去在轉(zhuǎn)向柱上的助力電機等電動助力轉(zhuǎn)向模塊。然而前人的研究往往忽視了前軸左右電機在滿足差動助力需求的同時產(chǎn)生的橫擺力矩對車輛橫擺運動產(chǎn)生的干擾，四輪分布式驅(qū)動的優(yōu)勢也因此未得到充分利用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種分布式驅(qū)動電動汽車的差動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種分布式驅(qū)動電動汽車的差動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

左右前輪差動助力轉(zhuǎn)向控制模塊：該模塊根據(jù)參考轉(zhuǎn)向盤力矩和實際轉(zhuǎn)向盤力矩進行閉環(huán)控制獲取左前輪轉(zhuǎn)矩和右前輪轉(zhuǎn)矩；

附加橫擺力矩計算模塊：該模塊根據(jù)左前輪轉(zhuǎn)矩和右前輪轉(zhuǎn)矩計算左右前輪產(chǎn)生的附加橫擺力矩；

轉(zhuǎn)矩矢量控制附加橫擺力矩計算模塊：該模塊根據(jù)整車狀態(tài)計算整車所需廣義橫擺力矩；

左右后輪轉(zhuǎn)矩分配模塊：該模塊根據(jù)附加橫擺力矩和整車所需廣義橫擺力矩進行分配得到左后輪轉(zhuǎn)矩和右后輪轉(zhuǎn)矩；

電機控制模塊：該模塊根據(jù)左前輪轉(zhuǎn)矩、右前輪轉(zhuǎn)矩、左后輪轉(zhuǎn)矩和右后輪轉(zhuǎn)矩控制相應(yīng)的驅(qū)動電機。

所述的左右前輪差動助力轉(zhuǎn)向控制模塊包括：

實時參數(shù)獲取子模塊：該子模塊實時獲取轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θsw、整車車速v和實際轉(zhuǎn)向盤力矩tsw；

參考轉(zhuǎn)向盤力矩計算模塊：該子模塊根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θsw和整車車速v計算獲取參考轉(zhuǎn)向盤力矩；

閉環(huán)控制子模塊：該子模塊正輸入端連接參考轉(zhuǎn)向盤力矩，閉環(huán)控制子模塊負反饋端連接實際轉(zhuǎn)向盤力矩tsw，閉環(huán)控制子模塊輸出左右前輪轉(zhuǎn)矩差；

左右前輪轉(zhuǎn)矩分配子模塊：該子模塊對預(yù)先設(shè)定的左右前輪轉(zhuǎn)矩進行分配得到左前輪轉(zhuǎn)矩和右前輪轉(zhuǎn)矩，且使得左前輪轉(zhuǎn)矩和右前輪轉(zhuǎn)矩差值為δtf。

一種分布式驅(qū)動電動汽車的差動助力轉(zhuǎn)向控制方法，該方法包括如下步驟：

(1)獲取參考轉(zhuǎn)向盤力矩treq和實際轉(zhuǎn)向盤力矩tsw；

(2)對treq和tsw進行pi控制得到左右前輪轉(zhuǎn)矩差δtf；

(3)根據(jù)δtf對預(yù)先設(shè)定的左右前輪轉(zhuǎn)矩tf進行分配得到左前輪轉(zhuǎn)矩t1和右前輪轉(zhuǎn)矩t2，且使得t1和t2差值為δtf；

(4)根據(jù)t1和t2獲取左右前輪產(chǎn)生的附加橫擺力矩mzf；

(5)根據(jù)整車狀態(tài)得到整車所需廣義橫擺力矩mzref；

(6)求取后輪所需附加橫擺力矩mzb＝mzref-mzf；

(7)根據(jù)mzb對預(yù)先設(shè)定的左右后輪轉(zhuǎn)矩tb進行分配得到左后輪轉(zhuǎn)矩t3和右后輪轉(zhuǎn)矩t4，且使得t3和t4差值為mzb；

(8)根據(jù)t1、t2、t3和t4分別對左前輪、右前輪、左后輪和右后輪的驅(qū)動電機進行控制。

所述的參考轉(zhuǎn)向盤力矩treq獲取方法為：實時測量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θsw和整車車速v，根據(jù)下式求取對應(yīng)的參考轉(zhuǎn)向盤力矩treq：

其中，θ0為原地轉(zhuǎn)向時的最大轉(zhuǎn)角，k為常系數(shù)，tvmax為整車車速為v時的最大轉(zhuǎn)向盤力矩。

pi控制的控制律為：

δtf＝kp(e+1/ki∫edt)，

e＝tsw-treq，

kp為比例增益，ki為積分增益。

比例增益和積分增益通過下述方式得到：

其中，kp0、kp1、ki0、ki1和ki2為常數(shù)，e＝tsw-treq。

步驟(3)左前輪轉(zhuǎn)矩t1和右前輪轉(zhuǎn)矩t2分配方式如下：

t1＝tf/2+δtf/2，

t2＝tf/2-δtf/2。

步驟(3)還包括對左右前輪轉(zhuǎn)矩t1和t2進行限值：

當(dāng)t1>tmax，令t1＝tmax；

當(dāng)t2<-tmax，令t2＝-tmax；

其中，tmax為當(dāng)前轉(zhuǎn)速下電機的峰值力矩。

步驟(5)具體為：獲取轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θsw、整車側(cè)向加速度ay、整車縱向車速vx和質(zhì)心側(cè)偏角β，根據(jù)θsw、ay、vx和β求得mzref的大小。

步驟(7)左后輪轉(zhuǎn)矩t3和右后輪轉(zhuǎn)矩t4分配方式如下：

t3＝tb/2+mzb/2，

t4＝tb/2-mzb/2。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明依據(jù)駕駛員喜好制定參考轉(zhuǎn)向盤力矩，并利用左右前輪轉(zhuǎn)矩差產(chǎn)生助力施加到轉(zhuǎn)向系去控制真實轉(zhuǎn)向盤力矩和參考轉(zhuǎn)向盤力矩之間的偏差，從而實現(xiàn)差動助力轉(zhuǎn)向控制，該方法采用容易測量的轉(zhuǎn)向盤力矩信號作為反饋控制變量，對主銷定位參數(shù)和轉(zhuǎn)向系參數(shù)變化的適應(yīng)能力強，轉(zhuǎn)向盤力矩特性調(diào)節(jié)容易。

(2)本發(fā)明充分利用分布式驅(qū)動電動汽車各輪轉(zhuǎn)矩可以精確、獨立控制的特點，無需加裝轉(zhuǎn)向助力電機或液壓助力系統(tǒng)即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力功能，前輪按照助力需求分配，后軸抵消前軸差動產(chǎn)生的附加橫擺力矩以滿足轉(zhuǎn)向助力需求和整車操縱性需求，利用轉(zhuǎn)矩矢量控制，在減小駕駛員操縱負擔(dān)的同時實現(xiàn)改善中低車速轉(zhuǎn)向輕便性和中高車速駕駛員“路感”，提高汽車操縱性能。

附圖說明

圖1為差動助力轉(zhuǎn)向控制方法的控制框圖；

圖2為參考轉(zhuǎn)向盤力矩map圖；

圖3為控制算法kp參數(shù)變化曲線；

圖4為控制算法ki參數(shù)變化曲線；

圖5為本專利具有飽和作用的pi控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本專利遇限削弱積分pi控制算法程序框圖；

圖7為參數(shù)kp對轉(zhuǎn)向盤力矩的影響；

圖8為參數(shù)ki對轉(zhuǎn)向盤力矩的影響；

圖9為主動回正控制判斷規(guī)則；

圖10為差動助力及轉(zhuǎn)矩矢量聯(lián)合控制結(jié)構(gòu)框圖；

圖11為聯(lián)合控制中驅(qū)動轉(zhuǎn)矩分配模塊結(jié)構(gòu)框圖；

圖12為聯(lián)合控制中轉(zhuǎn)矩矢量控制模塊結(jié)構(gòu)框圖

圖13為雙扭線試驗結(jié)果；

圖14為低速回正試驗中轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角隨時間變化結(jié)果；

圖15為低速回正試驗中橫擺角速度及側(cè)向加速度隨時間變化結(jié)果；

圖16為蛇形試驗中轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向盤力矩隨時間變化結(jié)果；

圖17為蛇形試驗中橫擺角速度隨時間變化結(jié)果。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

一種分布式驅(qū)動電動汽車的差動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

左右前輪差動助力轉(zhuǎn)向控制模塊：該模塊根據(jù)參考轉(zhuǎn)向盤力矩和實際轉(zhuǎn)向盤力矩進行閉環(huán)控制獲取左前輪轉(zhuǎn)矩和右前輪轉(zhuǎn)矩；

附加橫擺力矩計算模塊：該模塊根據(jù)左前輪轉(zhuǎn)矩和右前輪轉(zhuǎn)矩計算左右前輪產(chǎn)生的附加橫擺力矩；

轉(zhuǎn)矩矢量控制附加橫擺力矩計算模塊：該模塊根據(jù)整車狀態(tài)計算整車所需廣義橫擺力矩；

左右后輪轉(zhuǎn)矩分配模塊：該模塊根據(jù)附加橫擺力矩和整車所需廣義橫擺力矩進行分配得到左后輪轉(zhuǎn)矩和右后輪轉(zhuǎn)矩；

電機控制模塊：該模塊根據(jù)左前輪轉(zhuǎn)矩、右前輪轉(zhuǎn)矩、左后輪轉(zhuǎn)矩和右后輪轉(zhuǎn)矩控制相應(yīng)的驅(qū)動電機。

所述的左右前輪差動助力轉(zhuǎn)向控制模塊包括：

實時參數(shù)獲取子模塊：該子模塊實時獲取轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θsw、整車車速v和實際轉(zhuǎn)向盤力矩tsw；

參考轉(zhuǎn)向盤力矩計算模塊：該子模塊根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θsw和整車車速v計算獲取參考轉(zhuǎn)向盤力矩；

閉環(huán)控制子模塊：該子模塊正輸入端連接參考轉(zhuǎn)向盤力矩，閉環(huán)控制子模塊負反饋端連接實際轉(zhuǎn)向盤力矩tsw，閉環(huán)控制子模塊輸出左右前輪轉(zhuǎn)矩差；

左右前輪轉(zhuǎn)矩分配子模塊：該子模塊對預(yù)先設(shè)定的左右前輪轉(zhuǎn)矩進行分配得到左前輪轉(zhuǎn)矩和右前輪轉(zhuǎn)矩，且使得左前輪轉(zhuǎn)矩和右前輪轉(zhuǎn)矩差值為δtf。

一種分布式驅(qū)動電動汽車的差動助力轉(zhuǎn)向控制方法，該方法包括如下步驟：

(1)獲取參考轉(zhuǎn)向盤力矩treq和實際轉(zhuǎn)向盤力矩tsw；

(2)對treq和tsw進行pi控制得到左右前輪轉(zhuǎn)矩差δtf；

(3)根據(jù)δtf對預(yù)先設(shè)定的左右前輪轉(zhuǎn)矩tf進行分配得到左前輪轉(zhuǎn)矩t1和右前輪轉(zhuǎn)矩t2，且使得t1和t2差值為δtf；

(4)根據(jù)t1和t2獲取左右前輪產(chǎn)生的附加橫擺力矩mzf；

(5)根據(jù)整車狀態(tài)得到整車所需廣義橫擺力矩mzref；

(6)求取后輪所需附加橫擺力矩mzb＝mzref-mzf；

(7)根據(jù)mzb對預(yù)先設(shè)定的左右后輪轉(zhuǎn)矩tb進行分配得到左后輪轉(zhuǎn)矩t3和右后輪轉(zhuǎn)矩t4，且使得t3和t4差值為mzb；

(8)根據(jù)t1、t2、t3和t4分別對左前輪、右前輪、左后輪和右后輪的驅(qū)動電機進行控制。

本發(fā)明基于分布式驅(qū)動電動汽車的差動助力轉(zhuǎn)向控制方法的控制框架如圖1所示。依據(jù)參考轉(zhuǎn)向盤力矩treq和轉(zhuǎn)向盤力矩/轉(zhuǎn)角傳感器測得的實際轉(zhuǎn)向盤力矩tsw的差值，采取閉環(huán)控制，輸出目標(biāo)左右前輪轉(zhuǎn)矩差，經(jīng)平均分配后與由駕駛員加速踏板決定的前輪驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的一半求代數(shù)和后作為左右輪輪轂電機的目標(biāo)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，從而直接控制轉(zhuǎn)向盤力矩跟隨參考轉(zhuǎn)向盤力矩。

本專利通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θsw和整車車速v確定參考轉(zhuǎn)向盤力矩，并基于參考轉(zhuǎn)向盤力矩設(shè)計對應(yīng)的map圖，進而根據(jù)map圖實時查找對應(yīng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θsw和整車車速v下的參考轉(zhuǎn)向盤力矩，進而實現(xiàn)閉環(huán)控制。設(shè)計的map圖如圖2所示，具體地，參考轉(zhuǎn)向盤力矩treq獲取方法為：實時測量轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θsw和整車車速v，根據(jù)下式求取對應(yīng)的參考轉(zhuǎn)向盤力矩treq：

θmax＝θ0·e^-kv，

其中，θ0為原地轉(zhuǎn)向時的最大轉(zhuǎn)角，k為常系數(shù)，tvmax為整車車速為v時的最大轉(zhuǎn)向盤力矩。

對于典型的單位負反饋控制系統(tǒng)，pid控制器表示為：

u＝kp(e+1/ti∫edt+td·de/dt)，

其中，偏差e為控制偏差，kp為比例增益。

常規(guī)pi控制中，kp、ki參數(shù)根據(jù)對象模型或動態(tài)響應(yīng)曲線進行整定，考慮實際駕駛工況的復(fù)雜多變，以及差動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中存在的非線性因素，確定參數(shù)的pi控制在不同工況下難以達到一致的效果。為進一步提高pi控制器的效果，本專利采用了變參數(shù)pi控制器。該控制器通過引入非線性函數(shù)根據(jù)偏差的大小在線調(diào)節(jié)pi參數(shù)來提高控制性。其結(jié)構(gòu)簡單，整定方便，計算量小。

pi控制的控制律為：

δtf＝kp(e+1/ki∫edt)，

e＝tsw-treq，

kp為比例增益，ki為積分增益。

本專利采用gauss函數(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)成p、i增益函數(shù)的kp和ki。如圖3所示，kp的寬度取為1，以保證在較大的范圍內(nèi)具有較大的比例增益；如圖4所示，ki的寬度取為1，在穩(wěn)態(tài)值附近加大積分作用，使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)速度且可以避免積分飽和。

具體地，比例增益和積分增益通過下述方式得到：

其中，kp0、kp1、ki0、ki1和ki2為常數(shù)，e＝tsw-treq，kp0、kp1為使比例系數(shù)kp在偏差的絕對值較小時去較小值從而加快響應(yīng)速度并保證良好的穩(wěn)定性而設(shè)置的控制器參數(shù)，ki0、ki1、ki2為使積分系數(shù)ki在偏差絕對值較小時取較大值從而保證穩(wěn)態(tài)無靜態(tài)誤差的同時避免積分飽和帶來的超調(diào)增大、調(diào)節(jié)時間延長的問題而設(shè)置的控制器參數(shù)。

本專利考慮電機輸出力矩飽和情況下，具有飽和作用的pi控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示、一種遇限削弱積分的變參數(shù)pi控制算法程序框圖如圖6所示。在計算u(k)時，先判斷u(k-1)是否已經(jīng)超出限制值。若u(k-1)＞umax，則只累加負偏差；u(k-1)＜umax，則累加正偏差。

為合理配置參數(shù)，提升系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)性能，需進行pi參數(shù)的基礎(chǔ)整定。工況為車速30km/h，在5s時以180°/s轉(zhuǎn)角速率完成180°轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角斜坡輸入。先將ki參數(shù)設(shè)置為零，改變參數(shù)kp，轉(zhuǎn)向盤力矩變化如圖7所示；選定kp參數(shù)后，固定kp參數(shù)不變，改變ki，轉(zhuǎn)向盤力矩變化如圖8所示。

由圖7可知，隨著kp值的增加，系統(tǒng)的響應(yīng)幅值增加，響應(yīng)速度加快，轉(zhuǎn)向盤力矩跟蹤理想轉(zhuǎn)向盤力矩速度增加，穩(wěn)態(tài)誤差減小，但穩(wěn)定性能有所下降，在kp值為300時，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時收到擾動的影響導(dǎo)致振蕩，故kp值不能無限制增加。對于不同的閉環(huán)控制系統(tǒng)kp的取值范圍不同，超出該限制范圍，會使動態(tài)質(zhì)量變壞，引起被控制量振蕩甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。由圖8可知，在相同kp條件下，隨著ki的增加，轉(zhuǎn)向盤力矩跟蹤穩(wěn)態(tài)誤差減小，但隨著ki的增加，系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢。特別是當(dāng)誤差符號發(fā)生改變時，由于存在著較大的積分累積導(dǎo)致最終消除穩(wěn)態(tài)誤差的時間變長。在高頻輸入下會引起系統(tǒng)的響應(yīng)遲滯。

考慮到差動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的操縱性能中，一個非常重要的性能要求就是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的回正性能。對于回正狀態(tài)的判斷是進行主動回正控制的前提，本專利用轉(zhuǎn)向盤力矩、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角及其角速度制定主動回正控制判斷規(guī)則，規(guī)則流程如圖9所示

th1、th2、th3、th4是可調(diào)的閾值，count初始值設(shè)為0，如果駕駛員的轉(zhuǎn)向力矩小于一個確定的閾值，觸發(fā)規(guī)則就會繼續(xù)監(jiān)測轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的情況，當(dāng)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角或者轉(zhuǎn)角的變化率大于設(shè)定的閾值，觸發(fā)規(guī)則會繼續(xù)監(jiān)測回正控制算法的狀態(tài)(flag＝1表示處于回正控制狀態(tài)，flag＝0表示未處于回正控制狀態(tài)。如果flag＝0，則繼續(xù)監(jiān)測所有邏輯語言為真的狀態(tài)是否超過特定的時間，用count進行計數(shù)，如果上述情況保持時間超過th4，則控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)為回正控制算法；flag＝1，主動回正控制算法直接進入控制，這樣是為了保證系統(tǒng)不會頻繁進入主動回正控制狀態(tài)或者誤操作。如果其中的扭矩信號或者轉(zhuǎn)角信號不滿足條件，則count重新設(shè)定為0，主動回正控制算法關(guān)閉。

汽車低速行駛時，由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中摩擦及阻尼的存在，以及輪胎的阻尼效應(yīng)，會使得轉(zhuǎn)向盤無法準(zhǔn)確回正、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和橫擺角速度有殘留現(xiàn)象等情況，使得汽車直線行駛的性能降低。在差動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中通過加入主動回正控制策略，來提高汽車的回正性能；當(dāng)汽車高速行駛時，轉(zhuǎn)向盤在回正的過程中會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角超調(diào)，嚴重時引起汽車的橫擺振蕩。此時通過采用增加主動阻尼控制，可以有效抑制橫擺振蕩的情況，因此，主動回正控制應(yīng)包含回正控制和主動阻尼控制。為了達到這個目的，考慮算法的簡單有效性，本專利采用如下的pid控制器：

式中δ0是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的目標(biāo)控制量，為了使轉(zhuǎn)向盤能夠回到中間位置，顯然δ0＝0,因此上式可表達成：

式中kp、ki和kd是控制器增益，u2是回正時電動機的控制信號，上式的pi部分對轉(zhuǎn)向盤大轉(zhuǎn)角時產(chǎn)生較大的回復(fù)助力轉(zhuǎn)矩，即執(zhí)行相應(yīng)的回正控制；求導(dǎo)部分是用來產(chǎn)生主動阻尼，它是隨著轉(zhuǎn)向盤角速度增加而增加的，這樣，不同的回正特性可以通過調(diào)整控制器增益來得到。對于不同的工況，應(yīng)選擇不同的kp、ki和kd,已達到最佳的效果。

考慮到回正控制效果與車速密切相關(guān)，主動回正控制主要解決在低速時的回正不足以及高速時的回正過度問題，故可以根據(jù)車速設(shè)置kp、ki和kd參數(shù)，在低速時kp、ki較大，kd為0，此時控制器簡化為pi控制器，以獲得足夠的主動回正控制力矩，隨著車速的升高，kp、ki逐漸變小，而kd則逐漸變大，在高速時kd較大以獲得合適的系統(tǒng)阻尼，防止系統(tǒng)不穩(wěn)定，從而采用主動回正力矩和高速阻力力矩相結(jié)合的方法實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向過程的主動回正控制。

步驟(3)左前輪轉(zhuǎn)矩t1和右前輪轉(zhuǎn)矩t2分配方式如下：

t1＝tf/2+δtf/2，

t2＝tf/2-δtf/2。

步驟(3)還包括對左右前輪轉(zhuǎn)矩t1和t2進行限值：

當(dāng)t1>tmax，令t1＝tmax；

當(dāng)t2<-tmax，令t2＝-tmax；

其中，tmax為當(dāng)前轉(zhuǎn)速下電機的峰值力矩。

步驟(5)具體為：獲取轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θsw、整車側(cè)向加速度ay、整車縱向車速vx和質(zhì)心側(cè)偏角β，根據(jù)θsw、ay、vx和β求得mzref的大小。

步驟(7)左后輪轉(zhuǎn)矩t3和右后輪轉(zhuǎn)矩t4分配方式如下：

t3＝tb/2+mzb/2，

t4＝tb/2-mzb/2。

考慮到差動助力轉(zhuǎn)向控制在提供助力的同時，會產(chǎn)生對整車的額外橫擺力矩。此橫擺力矩與橫擺運動方向相同，可以提高車輛的橫擺角速度響應(yīng)。為充分發(fā)揮分布式驅(qū)動電動汽車在改善操縱性的優(yōu)勢，本專利對左右后輪進行轉(zhuǎn)矩矢量控制，進一步提高車輛操縱性的同時使前輪差動助力產(chǎn)生的額外橫擺力矩得到有效的控制和利用。

本專利差動助力及轉(zhuǎn)矩矢量聯(lián)合控制結(jié)構(gòu)如圖10所示。

整車控制器的上層分為兩部分：差動助力轉(zhuǎn)向模塊和轉(zhuǎn)矩矢量控制模塊。根據(jù)設(shè)定的閉環(huán)工況，駕駛員模型會輸出轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與驅(qū)/制動信號。差動助力轉(zhuǎn)向模塊的輸入變量為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θsw、整車縱向車速vx和實際轉(zhuǎn)向盤力矩tsw，其輸出變量為左右前輪轉(zhuǎn)矩差δtf。轉(zhuǎn)矩矢量控制模塊的輸入變量為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θsw、整車側(cè)向加速度ay、整車縱向車速vx和質(zhì)心側(cè)偏角β，其輸出變量為整車所需廣義橫擺力矩mzref。驅(qū)動轉(zhuǎn)矩分配模塊的輸入變量為左右前輪轉(zhuǎn)矩差δtf、整車所需廣義橫擺力矩mzref以及四輪的輪速，輸出變量為四個車輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。

本專利驅(qū)動轉(zhuǎn)矩分配模塊結(jié)構(gòu)如圖11所示。差動助力轉(zhuǎn)向根據(jù)實際轉(zhuǎn)向盤力矩與參考轉(zhuǎn)向盤力矩差值計算得到差動轉(zhuǎn)矩，并平均分配到前軸左右輪。同時，通過跟蹤理想橫擺角速度響應(yīng)計算得到控制橫擺力矩，減去前輪差動助力產(chǎn)生的額外橫擺力矩得到需要通過后軸產(chǎn)生的整車橫擺力矩的大小，并分配到后軸左右輪

本專利轉(zhuǎn)矩矢量控制模塊結(jié)構(gòu)如圖12所示。整車控制器結(jié)構(gòu)的上層是操縱性控制，該控制策略的相關(guān)輸入變量為轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角θsw、整車側(cè)向加速度ay、整車縱向車速vx和質(zhì)心側(cè)偏角β。參考橫擺角速度由相關(guān)輸入變量計算得到，附加橫擺轉(zhuǎn)矩計算模塊通過反饋控制計算廣義橫擺需求，分配模塊將需要的附加驅(qū)動力矩平均分配到左右后輪上。

總結(jié)而言，本發(fā)明分布式驅(qū)動電動汽車的差動助力轉(zhuǎn)向控制方法具體包括：

基于四輪獨立驅(qū)動的分布式驅(qū)動電動汽車以參考轉(zhuǎn)向盤力矩為控制目標(biāo)的差動助力轉(zhuǎn)向閉環(huán)控制策略，該策略又包含：由車速及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角確定的參考轉(zhuǎn)向盤力矩；考慮電機輸出力矩飽和的遇限削弱積分變參數(shù)pi控制算法；根據(jù)轉(zhuǎn)向盤力矩、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角及其角速度制定的主動回正控制規(guī)則；滿足轉(zhuǎn)向助力需求和整車操縱性需求的轉(zhuǎn)矩分配策略。

以參考轉(zhuǎn)向盤力矩為控制目標(biāo)的差動助力轉(zhuǎn)向閉環(huán)控制策略時依據(jù)駕駛員喜好制定參考轉(zhuǎn)向盤力矩，并利用左右前輪轉(zhuǎn)矩差產(chǎn)生助力施加到轉(zhuǎn)向系去控制真實轉(zhuǎn)向盤力矩和參考轉(zhuǎn)向盤力矩之間的偏差。該方法采用容易測量的轉(zhuǎn)向盤力矩信號作為反饋控制變量，對主銷定位參數(shù)和轉(zhuǎn)向系參數(shù)變化的適應(yīng)能力強，轉(zhuǎn)向盤力矩特性調(diào)節(jié)容易。

通過轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與車速確定參考轉(zhuǎn)向盤力矩是應(yīng)用駕駛模擬器研究轉(zhuǎn)向盤力矩反饋規(guī)律，即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向盤力矩的關(guān)系，在同一車速和路面附著條件下，轉(zhuǎn)向盤力矩與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角近似成正比，轉(zhuǎn)向阻力矩隨轉(zhuǎn)角幾乎不失真地傳到轉(zhuǎn)向盤。

考慮電機輸出力矩飽和的遇限削弱積分變參數(shù)pi控制算法是考慮在實際的電機轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，控制量實際輸出值易受限于被控對象性能。在差動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)中，左右前輪差動轉(zhuǎn)矩輸出值受限于電機能力，被限制在一定范圍內(nèi)。若控制量超出上述范圍，實際被控對象的控制量不再是計算值，其等價于在系統(tǒng)中串聯(lián)了一個飽和非線性環(huán)節(jié)而引起飽和效應(yīng)。故本發(fā)明在差動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)pi控制器中增加遇限削弱積分的抗飽和控制。

根據(jù)轉(zhuǎn)向盤力矩、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角及其角速度制動的主動回正控制判斷規(guī)則。對于回正狀態(tài)的判斷是進行主動回正控制的前提，本專利的主動回正控制是針對駕駛員撒手回正過程，所以回正判斷模塊的作用是判斷車輛是否處于自由回正的過程，如果是駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤回正，則主動回正控制不予以激活。

滿足轉(zhuǎn)向助力需求和整車操縱性需求的轉(zhuǎn)矩分配策略是通過前輪按照助力需求分配，后軸抵消前軸差動產(chǎn)生的附加橫擺力矩以滿足轉(zhuǎn)向助力需求和整車操縱性需求的轉(zhuǎn)矩分配策略。

上述控制方法達到在減小駕駛員操縱負擔(dān)的同時實現(xiàn)改善中低車速轉(zhuǎn)向輕便性和中高車速駕駛員“路感”，提高汽車操縱性能。

本實施例對上述方法進行了試驗驗證，包括：

(1)轉(zhuǎn)向輕便性試驗

(1.1)雙扭線試驗

本試驗為汽車操縱穩(wěn)定性試驗方法中的轉(zhuǎn)向輕便性試驗。試驗時，駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤使汽車以10±2km/h的車速沿雙扭線路徑行駛。待車速穩(wěn)定后，開始記錄轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和作用力矩，并記錄行駛車速作為監(jiān)督參數(shù)。汽車沿雙扭線繞行一周至記錄起始位置，即完成一次試驗，全部試驗應(yīng)進行有無助力控制各三次。試驗結(jié)果如圖13所示。圖13(a)為無控制時，轉(zhuǎn)向盤力矩實際值和參考值的對比圖，圖13(b)為采用本發(fā)明控制方法時，轉(zhuǎn)向盤力矩實際值和參考值的對比圖，圖13(c)為無控制時轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向盤力矩關(guān)系圖，圖13(d)為有控制時，4個車輪的車輪轉(zhuǎn)矩變化曲線圖，圖13(e)為有無控制兩種情況下轉(zhuǎn)向盤力矩大小和轉(zhuǎn)向盤力矩平均值大小的對比圖，對比可知，差動助力控制可以有效減小駕駛員操縱負擔(dān)，轉(zhuǎn)向盤力矩峰值由無控制下的7.2nm減小為3.7nm，減小幅度達47％。對比參考轉(zhuǎn)向盤力矩曲線可知，差動助力轉(zhuǎn)向控制下，實際轉(zhuǎn)向盤力矩能很好地跟蹤轉(zhuǎn)向盤力矩。根據(jù)有控制車輪轉(zhuǎn)矩隨時間變化曲線可知，最大差動轉(zhuǎn)矩僅為220nm，表明差動助力控制滿足助力需求。

(2)轉(zhuǎn)向回正性能試驗

(2.1)低速回正試驗

本專利中低速回正試車速為20km/h，側(cè)向加速度穩(wěn)定后，固定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，穩(wěn)定車速應(yīng)開始記錄。駕駛員突然松開轉(zhuǎn)向盤，至少記錄松手后的汽車運動過程。試驗結(jié)果如圖14、圖15所示。圖14為有無控制時轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的對比曲線，圖14可知，無控制情況下，駕駛員松手后，轉(zhuǎn)向盤無法自動回正到中間位置。經(jīng)過3s后，殘余轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角為110°，從松手到轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角達到穩(wěn)定時間為2.2s。在差動助力控制下，駕駛員松手后，轉(zhuǎn)向盤以更快的速度回正到中間位置，所需穩(wěn)定時間為0.8s，殘余轉(zhuǎn)向盤角度為10°，殘余轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角大幅度降低。圖15(a)為有無控制時橫擺角速度的對比曲線，圖15(b)為有無控制時側(cè)向加速度的對比曲線，由圖15可知，有控制時，殘余橫擺角速度由15deg/s降低到4.5deg/s，殘余側(cè)向加速度由1.3m/s²降低到0.6m/s²。以上結(jié)果表明，差動助力轉(zhuǎn)向控制可以改善車輛低速回正性能，有利于提高車輛操縱性。

(3)整車操縱性試驗

(3.1)蛇形試驗

本專利中蛇形試驗根據(jù)gb/t6323.1-94進行路徑設(shè)置?？紤]車輛性能，采用12m間隔樁距進行試驗，試驗車速為30km/h。試驗結(jié)果如圖16、圖17所示。

圖16(a)為無控制時轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角曲線圖，圖16(b)為有控制時轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角曲線圖，圖16(c)為無控制時轉(zhuǎn)向盤力矩角曲線圖，圖16(d)為有控制時轉(zhuǎn)向盤力矩角曲線圖。由圖16可知，差動助力轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)矩矢量聯(lián)合控制下，完成蛇形試驗駕駛員所需輸入的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角減小，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角平均峰值由246°減小到175°；有控制下，轉(zhuǎn)向盤力矩平均峰值由12.3nm減小到7.5nm，由此可見：差動助力轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)矩矢量聯(lián)合下車輛的連續(xù)過彎能力得到改善，駕駛員的操縱負擔(dān)明顯減輕，車輛的轉(zhuǎn)向輕便性有所提高。

圖17(a)為無控制時橫擺角速度曲線圖，圖17(b)為有控制時橫擺角速度曲線圖。由圖17可知，無控制時，車輛橫擺角速度無法跟蹤參考橫擺角速度，在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角峰值處有較大跟蹤誤差。但加入差動助力轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)矩矢量聯(lián)合控制時，車輛的橫擺角速度能較好地跟蹤參考值，橫擺角速度跟蹤平均峰值誤差由無控制時11.4deg/s下降至4.2deg/s。在相同的輸入下，車輛的橫擺角速度增大，即車輛的操縱性得到改善。