一种四轮驱动汽车横摆稳定控制方法及四轮驱动汽车与流程

本发明属于汽车横摆稳定控制，具体涉及一种四轮驱动汽车横摆稳定控制方法及四轮驱动汽车。

背景技术：

1、轮毂电机汽车相比桥电机汽车，由于其各轮电机的转矩独立可控，可极大提高车辆的稳定性，但同时也增加算法复杂度。在车辆稳定控制过程中，首先制动卡钳转矩和轮毂电机转矩不能超出其允许使用的能力范围，否则会导致轮毂电机或者制动卡钳超负荷工作，导致轮毂电机或制动卡钳损坏；同时轮毂电机转矩和制动卡钳的转矩应该协调配合，不能各自首为政，否则轮毂电机转矩和制动卡钳转矩出现混乱，导致车辆不仅不能提高稳定性控制，而且出现制动卡钳与轮毂电机转矩相互叠合嵌套，引起车辆失稳问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种四轮驱动汽车横摆稳定控制方法及四轮驱动汽车，解决汽车的横摆稳定控制问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种四轮驱动汽车横摆稳定控制方法，该方法包括以下步骤：

4、计算车辆左右侧车轮需要提供的单侧需求附加横摆转矩；

5、根据整车总需求附加横摆转矩的大小计算左右侧车轮转矩变化方向标志位；

6、计算各电机剩余可用转矩，包括两种类型：转矩增大的剩余可用转矩和转矩减小的剩余可用转矩；

7、计算各制动卡钳剩余可用转矩，包括两种类型：转矩增大的剩余可用转矩和转矩减小的剩余可用转矩；

8、基于各电机剩余可用转矩和各制动卡钳剩余可用转矩，计算左右侧电机和左右侧制动卡钳各自剩余可用转矩产生的最大附加横摆转矩，包括两种类型：转矩增大的剩余可用转矩产生的最大附加横摆转矩和转矩减小的剩余可用转矩产生的最大附加横摆转矩；

9、基于左右侧车轮转矩变化方向标志位，计算电机和制动卡钳的剩余可用转矩的选择系数，包括两种类型：转矩增大的选择系数和转矩减小的选择系数；

10、基于各电机剩余可用转矩、各制动卡钳剩余可用转矩以及电机和制动卡钳的剩余可用转矩的选择系数，计算各电机和各制动卡钳可执行的最大剩余可用转矩；

11、根据电机和制动卡钳的剩余可用转矩的选择系数，计算同侧叠加的最大附加横摆转矩，包括同侧电机与电机叠加的最大附加横摆转矩、同侧制动卡钳与制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩以及同侧电机与制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩；

12、根据同侧叠加的最大附加横摆转矩与单侧需求附加横摆转矩相对大小关系，计算各电机和各制动卡钳剩余可用转矩的放缩系数；

13、根据各电机和各制动卡钳剩余可用转矩的放缩系数，计算各电机和各制动卡钳执行的转矩增减量；

14、计算各电机和各制动卡钳最终输出的目标转矩，其等于驾驶员意图转矩加上转矩增减量。

15、进一步的，单侧需求附加横摆转矩计算公式如下：

16、

17、式中：δmfr表示单侧需求附加横摆转矩，即车辆左侧车轮需要提供的需求附加横摆转矩，也为车辆右侧需要提供的需求附加横摆转矩；δm表示整车总需求附加横摆转矩；

18、其中，δm＝0则表示车辆处于稳定状态，无需额外的附加横摆稳定控制需求；δm<0则表示车辆实际绕车辆正中心旋转的顺时针方向运动趋势不足或者车辆实际绕车辆正中心旋转的逆时针方向运动趋势过大，此时应增强车辆绕车辆正中心旋转的顺时针方向运动趋势或减弱车辆实际绕车辆正中心旋转的逆时针方向运动趋势；δm>0则表示车辆实际绕车辆正中心旋转的顺时针方向运动趋势过大或者车辆实际绕车辆正中心旋转的逆时针方向运动趋势不足，应减弱车辆绕车辆正中心旋转的顺时针方向运动趋势或增强车辆实际绕车辆正中心旋转的逆时针方向运动趋势。

19、进一步的，车辆左侧车轮转矩变化方向标志位sl为：

20、

21、车辆右侧车轮转矩变化方向标志位sr为：

22、sr＝-sl

23、式中，sl表示车辆左侧车轮转矩变化方向标志位，sr表示车辆右侧车轮转矩变化方向标志位，δm表示整车总需求附加横摆转矩；

24、sl＝1则表示左侧车轮转矩应该增大；sl＝-1则表示左侧车轮转矩应该减小；sl＝0则表示左侧车轮转矩保持不变；sr＝1则表示右侧车轮转矩应该增大；sr＝-1则表示右侧车轮转矩应该减小；sr＝0则表示右侧车轮转矩保持不变；

25、利用二次型函数计算电机和制动卡钳的剩余可用转矩的选择系数；该系数实现在电机转矩增大的剩余可用转矩、电机转矩减小的剩余可用转矩、制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩以及制动卡钳转矩减小的剩余可用转矩中只选其中对于车辆稳定控制效果相同的一类；

26、其中电机转矩增大的剩余可用转矩与制动卡钳转矩减小的剩余可用转矩为一类即该车轮的转矩增大；电机转矩减小的剩余可用转矩与制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩为另外一类即该车轮转矩减小；

27、左前和左后电机转矩增大的剩余可用转矩、左前和左后电机转矩减小的剩余可用转矩、左前和左后制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩以及左前和左后制动卡钳转矩减小的剩余可用转矩的选择系数二次型函数选取公式如下：

28、

29、其中：kl1表示左侧转矩增大的选取系数；kl2表示左侧转矩减小的选取系数；a1、a2、a3表示左侧转矩增大的选取系数的二次型函数系数；β1、β2、β3表示右侧转矩减小的选取系数的二次型函数系数；具体的：

30、

31、右前和右后电机转矩增大的剩余可用转矩、右前和右后电机转矩减小的剩余可用转矩、右前和右后制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩以及右前和右后制动卡钳转矩减小的剩余可用转矩的选择系数二次型函数选取公式如下：

32、

33、其中：kr1表示右侧转矩增大的选择系数；kr2表示右侧转矩减小的选择系数；γ1、γ2、γ3表示右侧转矩增大的选取系数的二次型函数系数；τ1、τ2、τ3表示右侧转矩减小的选取系数的二次型函数系数；具体的：

34、

35、可知：δm>0等效于sl＝-1，sr＝1，则kr1＝1，kr2＝0，kl1＝0，kl2＝1；δm<0等效于sl＝1，sr＝-1，则kr1＝0，kr2＝1，kl1＝1，kl2＝0；δm＝0等效于sl＝0，sr＝0，则kr1＝0，kr2＝0，kl1＝0，kl2＝0。

36、进一步的，基于驾驶员意图转矩增大至各电机转矩最大值的剩余可用转矩，即为各电机转矩增大的剩余可用转矩，该转矩表示电机转矩增大幅度的最大值，计算公式如下：

37、

38、其中：δtd1flmax表示左前电机转矩增大的剩余可用转矩；δtd1frmax表示右前电机转矩增大的剩余可用转矩；δtd1rlmax表示左后电机转矩增大的剩余可用转矩；δtd1rrmax表示右后电机转矩增大的剩余可用转矩；tdflmax(wfl)表示左前电机在其实际转速wfl状态时可使用的最大转矩；tdfrmax(wfr)表示右前电机在其实际转速wfr状态时可使用的最大转矩；tdrlmax(wrl)表示左后电机在其实际转速wrl状态时可使用的最大转矩；tdrrmax(wrr)表示右后电机在其实际转速wrr状态时可使用的最大转矩；tafl表示基于油门开度和制动踏板开度计算获得左前电机的驾驶员意图转矩；tafr表示基于油门开度和制动踏板开度计算获得右前电机的驾驶员意图转矩；tarl表示基于油门开度和制动踏板开度计算获得左后电机的驾驶员意图转矩；tarr表示基于油门开度和制动踏板开度计算获得右后电机的驾驶员意图转矩；

39、基于驾驶员意图转矩减少至各电机转矩最小值的剩余可用转矩，即为各电机转矩减小的剩余可用转矩，该转矩表示电机转矩减小幅度的最大值，计算公式如下：

40、

41、其中：电机转矩最小值是电机转矩最大值的相反数；δtd2flmax表示左前电机转矩减小的剩余可用转矩；δtd2frmax表示右前电机转矩减小的剩余可用转矩；δtd2rlmax表示左后电机转矩减小的剩余可用转矩；δtd2rrmax表示右后电机转矩减小的剩余可用转矩；

42、基于驾驶员意图制动转矩增大至各制动卡钳转矩最大值的剩余可用转矩，即为各制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩，该转矩表示制动卡钳转矩增大幅度的最大值，计算公式如下：

43、

44、其中：δtb1flmax表示左前制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩；δtb1frmax表示右前制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩；δtb1rlmax表示左后制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩；δtb1rrmax表示右后制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩；tbflmax表示左前制动卡钳转矩可用最大值转矩；tbfrmax表示右前制动卡钳转矩可用最大值转矩；tbrlmax表示左后制动卡钳转矩可用最大值转矩；tbrrmax表示右后制动卡钳转矩可用最大值转矩；tbfl表示基于制动踏板开度计算获得驾驶意图左前制动卡钳转矩；tbfr表示基于制动踏板开度计算获得驾驶意图右前制动卡钳转矩；tbrl表示基于制动踏板开度计算获得驾驶意图左后制动卡钳转矩；tbrr表示基于制动踏板开度计算获得驾驶意图右后制动卡钳转矩；

45、基于驾驶员意图制动转矩减小至各制动卡钳转矩最小值的剩余可用转矩，即为各制动卡钳转矩减小的剩余可用转矩，该转矩表示制动卡钳转矩减小幅度的最大值，计算公式如下：

46、

47、其中：制动卡钳转矩最小值为0；δtb2flmax表示左前制动卡钳转矩减少的剩余可用转矩；δtb2frmax表示右前制动卡钳转矩减少的剩余可用转矩；δtb2rlmax表示左后制动卡钳转矩减少的剩余可用转矩；δtb2rrmax表示右后制动卡钳转矩减少的剩余可用转矩。

48、进一步的，左右侧电机和左右侧制动卡钳各自剩余可用转矩产生的最大附加横摆转矩计算公式如下：

49、

50、其中：δmd1lmax表示左前电机和左后电机转矩增大的剩余可用转矩提供的最大附加横摆转矩；δmd1rmax右前电机和右后电机转矩增大的剩余可用转矩提供的最大附加横摆转矩；δmd2lmax表示左前电机和左后电机转矩减小的剩余可用转矩提供的最大附加横摆转矩；δmd2rmax右前电机和右后电机转矩减小的剩余可用转矩提供的最大附加横摆转矩；δmb1lmax表示左前制动卡钳和左后制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩提供的最大附加横摆转矩；δmb1rmax右前制动卡钳和右后制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩提供的最大附加横摆转矩；δmb2lmax表示左前制动卡钳和左后制动卡钳转矩减小的剩余可用转矩提供的最大附加横摆转矩；δmb2rmax—右前制动卡钳和右后制动卡钳转矩减小的剩余可用转矩提供的最大附加横摆转矩；r表示车轮的轮胎半径；θ表示前轴车辆的导航角度；d1表示前轴轮距；d2为后轴轮距。

51、进一步的，各电机和各制动卡钳可执行的最大剩余可用转矩计算公式如下：

52、

53、其中：δtdflmax表示左前电机可执行的最大剩余可用转矩；δtdfrmax表示右前电机可执行的最大剩余可用转矩；δtdrlmax表示左后电机可执行的最大剩余可用转矩；δtdrrmax表示右后电机可执行的最大剩余可用转矩；δtbflmax表示左前制动卡钳可执行的最大剩余可用转矩；δtbfrmax表示右前制动卡钳可执行的最大剩余可用转矩；δtbrlmax表示左后制动卡钳可执行的最大剩余可用转矩；δtbrrmax表示右后制动卡钳可执行的最大剩余可用转矩；

54、kl1表示左侧转矩增大的选取系数；kl2表示左侧转矩减小的选取系数；kr1表示右侧转矩增大的选择系数；kr2表示右侧转矩减小的选择系数；δrb1flmax表示左前制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩；δtb1frmax表示右前制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩；δtb1rlmax表示左后制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩；δtb1rrmax表示右后制动卡钳转矩增大的剩余可用转矩；δtb2flmax表示左前制动卡钳转矩减少的剩余可用转矩；δtb2frmax表示右前制动卡钳转矩减少的剩余可用转矩；δtb2rlmax表示左后制动卡钳转矩减少的剩余可用转矩；δtb2rrmax表示右后制动卡钳转矩减少的剩余可用转矩。

55、进一步的，同侧叠加的最大附加横摆转矩计算公式如下：

56、

57、其中：δmlmax表示左侧电机与制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩；δmrmax表示右侧电机与制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩；δmdlmax表示左侧电机叠加的最大附加横摆转矩；δmdrmax表示右侧电机叠加的最大附加横摆转矩；δmblmax表示左侧制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩；δmbrmax表示右侧制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩；kl1表示左侧转矩增大的选取系数；kl2表示左侧转矩减小的选取系数；kr1表示右侧转矩增大的选择系数；kr2表示右侧转矩减小的选择系数。

58、进一步的，各电机和各制动卡钳剩余可用转矩的放缩系数计算方法包括：

59、(1)若左侧电机与制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩不小于右侧电机与制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩，即δmlmax≥δmrmax时；

60、①单侧需求附加横摆转矩小于右侧叠加的最大附加横摆转矩，即δmfr<δmrmax

61、若单侧需求附加横摆转矩小于左侧电机叠加的最大附加横摆转矩且单侧需求附加横摆转矩小于右侧电机叠加的最大附加横摆转矩即δmfr<δmdlmax且δmfr<δmdrmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

62、

63、其中：kdl表示左侧电机的转矩放缩系数；kdr表示右侧电机的转矩放缩系数；kbl表示左侧制动卡钳的转矩放缩系数；kbr表示右侧制动卡钳的转矩放缩系数；

64、若单侧需求附加横摆转矩小于左侧电机叠加的最大附加横摆转矩且单侧需求附加横摆转矩不小于右侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmfr<δmdlmax且δmfr≥δmdrmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

65、

66、若单侧需求附加横摆转矩不小于左侧电机叠加的最大附加横摆转矩且单侧需求附加横摆转矩小于右侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmfr≥δmdlmax且δmfr<δmdrmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

67、

68、若单侧需求附加横摆转矩不小于左侧电机叠加的最大附加横摆转矩且单侧需求附加横摆转矩不小于右侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmfr≥δmdlmax且δmfr≥δmdrmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

69、

70、②单侧需求附加横摆转矩不小于右侧叠加的最大附加横摆转矩且单侧需求附加横摆转矩不大于左侧叠加的最大附加横摆转矩，即δmrmax≤δmfr≤δmlmax

71、若右侧叠加的最大附加横摆转矩不大于左侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmrmax≤δmdlmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

72、

73、若右侧叠加的最大附加横摆转矩大于左侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmrmax>δmdlmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

74、

75、③单侧需求附加横摆转矩大于左侧叠加的最大附加横摆转矩，即δmfr>δmlmax

76、若右侧叠加的最大附加横摆转矩不大于左侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmrmax≤δmdlmax，则转矩的放缩系数计算为：

77、

78、若右侧叠加的最大附加横摆转矩大于左侧电机叠加的最大附加横摆转矩δmrmax>δmdlmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

79、

80、(2)若左侧电机与制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩小于右侧电机与制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩，即δmlmax<δmrmax时；

81、①单侧需求附加横摆转矩不大于右侧电机与制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩，即δmfr≤δmlmax

82、若单侧需求附加横摆转矩不大于左侧电机叠加的最大附加横摆转矩且单侧需求附加横摆转矩不大于右侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmfr≤δmdlmax且δmfr≤δmdrmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

83、

84、若单侧需求附加横摆转矩大于左侧电机叠加的最大附加横摆转矩且单侧需求附加横摆转矩不大于右侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmfr>δmdlmax且δmfr≤δmdrmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

85、

86、若单侧需求附加横摆转矩不大于左侧电机叠加的最大附加横摆转矩且单侧需求附加横摆转矩大于右侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmfr≤δmdlmax且δmfr>δmdrmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

87、

88、若单侧需求附加横摆转矩大于左侧电机叠加的最大附加横摆转矩且单侧需求附加横摆转矩大于右侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmfr>δmdlmax且δmfr>δmdrmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

89、

90、②单侧需求附加横摆转矩大于左侧电机与制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩且单侧需求附加横摆转矩不大于右侧电机与制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩，即δmlmax<δmfr≤δmrmax

91、若左侧叠加的最大附加横摆转矩不大于右侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmlmax≤δmdrmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

92、

93、若左侧叠加的最大附加横摆转矩大于右侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmlmax>δmdrmax，转矩的放缩系数计算公式为：

94、

95、③单侧需求附加横摆转矩大于右侧电机与制动卡钳叠加的最大附加横摆转矩，即δmfr>δmrmax

96、若左侧叠加的最大附加横摆转矩不大于右侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmlmax≤δmdrmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

97、

98、若左侧叠加的最大附加横摆转矩大于右侧电机叠加的最大附加横摆转矩，即δmkmax>δmdrmax，则转矩的放缩系数计算公式为：

99、

100、各电机执行的转矩增减量计算公式如下：

101、

102、其中：δtdfl表示左前电机执行的转矩增减量；δtdfr表示右前电机执行的转矩增减量；δtdrl表示左后电机执行的转矩增减量；δtdrr表示右后电机执行的转矩增减量；

103、各制动卡钳执行的转矩增减量计算公式如下：

104、

105、其中：δtbfl表示左前制动卡钳执行的转矩增减量；δtbfr表示右前制动卡钳执行的转矩增减量；δtbrl表示左后制动卡钳执行的转矩增减量；δtbrr表示右后制动卡钳执行的转矩增减量。

106、进一步的，各电机和各制动卡钳最终输出的目标转矩计算公式如下：

107、

108、其中：tdflout表示左前电机输出的目标转矩；tdfrout表示右前电机输出的目标转矩；tdrlout表示左后电机输出的目标转矩；tdrrout表示右后电机输出的目标转矩；tbflout表示左前制动卡钳输出的目标转矩；tbfrout表示右前制动卡钳输出的目标转矩；tbrlout表示左后制动卡钳输出的目标转矩；tbrrout表示右后制动卡钳输出的目标转矩。

109、一种四轮驱动汽车，该四轮驱动汽车采用上述中任意一项所述的四轮驱动汽车横摆稳定控制方法。

110、本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

111、对于轮毂电机汽车，在横摆稳定性控制过程中保证了制动卡钳和轮毂电机均工作在其能力范围，不出超出其能力范围，避免了轮毂电机和制动卡钳损坏的风险；

112、对于轮毂电机汽车，在横摆稳定过程中制动卡钳与轮毂电机相互协调配合，首先有轮毂电机提供横摆稳定转矩，轮毂电机提供不足的部分再由制动卡钳进行补充，最大化的利用了车辆横向稳定控制的能力，同时又有效的避免轮毂电机和制动转矩混乱，如同时增大或同时减小引起稳定性叠合，进而导致车辆稳定性控制未能实现从未出现车辆失稳的问题。