四轮全驱电动汽车底盘主动安全集成控制系统动态解耦方法

本发明公开了一种应用于四轮全驱电动汽车的底盘主动安全集成控制系统动态解耦方法。

四轮全驱（four wheel drive, 4WD）电动汽车四轮独立驱动特性使得传统的底盘控制技术难以适应，同时四个驱动轮与转向系统共同作用，各自可以独立调节，也为汽车控制性能的提高提供了更大的空间；

在传统燃油汽车上，主动前轮转向控制已有较为成熟的应用，系统通过调节车辆的转向为汽车提供一个侧向补偿力，矫正汽车的质心侧偏角，提升车辆的操控性能；但对于四轮全区电动汽车来说，由于两前轮力矩独立控制，造成车辆转向系统与四轮牵引系统的关联更为直接，仅仅控制转向系统难以获得与传统汽车相媲美的的操控性能；

直接横摆力矩控制则调节车辆四轮牵引力，形成可变的横摆力矩，动态调节车辆的横摆运动，提高车辆稳定性，防止甩尾；

两种控制系统均可提升车辆的操纵稳定性，主动前轮转向控制偏重于车辆操控性能的提高，而直接横摆力矩控制用于提高车辆稳定性更为有效，两者单独使用在四轮独立驱动电动汽车上，效果尚不尽人意，将两者集成在一起，构成底盘集成控制系统，两者互补，可使车辆获得更高的性能；

由于车辆转向运动与车辆横摆运动不能独立调节，因此底盘集成控制系统存在较为严重的耦合现象，两个控制系统互相干扰，为解决这个问题，本发明在集成控制器后串联了一个解耦装置，采用神经网络算法减小两系统的相互耦合。

当多个控制系统同时作用于汽车底盘时会产生耦合，因此需采用一种动态解耦方法来解决多个控制回路间的耦合问题。

本发明提供一种应用于四轮全驱电动汽车的底盘主动安全集成控制系统动态解耦方法，其目的一是构建一种用于四轮全驱电动汽车的底盘集成控制系统，提高车辆的操纵稳定性；二是实现底盘集成系统中各个控制回路的动态解耦，减小各控制回路间的相互干扰。

本发明通过以下技术方案实现：

一种四轮全驱电动汽车底盘主动安全集成控制系统的动态解耦方法，其特征在于：该系统包括驾驶员操纵平台、姿态参数目标值生成单元、车辆质心侧偏角观测单元、横摆角速度传感器、姿态控制器、解耦补偿单元、主动前轮转向系统、转矩分配控制器、左前轮轮毂电机及其控制系统、右前轮轮毂电机及其控制系统、左后轮轮毂电机及其控制系统、右后轮轮毂电机及其控制系统。

所述的驾驶员操纵平台连接至姿态参数目标值生成单元，姿态参数目标值生成单元根据车辆驾驶指令及预置的车辆参数计算出保证车辆安全稳定的车辆质心侧偏角和横摆角速度。

所述的车辆质心侧偏角观测单元、横摆角速度传感器实时获取车辆的姿态。

所述的姿态参数目标值生成单元和车辆质心侧偏角观测单元、横摆角速度传感器共同连至姿态控制器，姿态控制器生成前轮转向补偿量及横摆力矩补偿量的目标值，动态调节车辆姿态。

所述的转矩分配控制器根据姿态控制器输出的横摆转矩补偿量计算出四轮牵引电机各自的转矩目标值。

所述的转矩分配控制器连接左前轮轮毂电机及其控制系统，右前轮轮毂电机及其控制系统，左后轮轮毂电机及其控制系统，右后轮轮毂电机及其控制系统，四轮电机牵引控制系统控制四个牵引电机的转矩动态跟踪转矩分配控制器输出的电机转矩目标值。

作为一种优选方案，所述的四轮全驱电动汽车底盘主动安全集成控制系统的动态解耦方法，其特征在于：解耦补偿单元包括正向解耦控制器和权重生成器。

作为一种优选方案，所述的四轮全驱电动汽车底盘主动安全集成控制系统的动态解耦方法，其特征在于：解耦控制器的构造采用4个输入节点和两个输出节点组成动态神经网络，其中输入节点中包含两个积分器，正向解耦控制器为神经网络的正向过程，权重生成器为神经网络的逆向权值调整过程。

与上述四轮全驱电动汽车底盘主动安全集成控制解耦装置配套的控制方法，可按如下步骤依次执行： 

（1）驾驶员操纵平台将司机操纵指令转换成两个信号输出，即车辆的目标速度V和目标转角                                                ；

（2）姿态参数目标值生成单元根据车辆的目标速度V和目标转角及内置的车辆参数计算出姿态参数质心侧偏角β和横摆角速度γ的目标值，作为姿态控制器的给定信号β*和γ*；

（3）车辆质心侧偏角观测单元根据四轮牵引电机电流传感器测得的电机电流及车辆前轮转向角，实时观测质心侧偏角；

（4）质心侧偏角β的观测值和横摆角速度传感器测得的横摆角速度γ测量值作为两个姿态参数的实时信号，成为姿态控制器的反馈量，姿态控制器根据给定信号和反馈量的偏差计算出控制输出——质心侧偏角及横摆角速度的目标变化量和；

（5）权重生成器根据质心侧偏角β和横摆角速度的实时信号和目标值得到正向解耦控制器的权值；由姿态控制器计算输出两个控制信号和，和与和的积分形成正向解耦控制器的四个输入量，在正向解耦控制器中进行加权求和，得到控制输出转角补偿和横摆力矩补偿；

（6）转角补偿控制经主动前轮转向系统动态调节前轮转向角；

（7）转矩分配控制器通过优化，由横摆转矩补偿量计算出四个轮毂电机转矩的目标值；

（8）四轮电机牵引系统控制电机动态跟踪转矩的目标值。

主动前轮转向控制和直接横摆力矩控制同时集成于汽车底盘可有效提高车辆的操纵稳定性，而串联其后的动态解耦控制器则降低了主动前轮转向控制和直接横摆力矩控制两系统的相互耦合干扰，更好地提升了车辆的操纵稳定性。

图1为本发明的四轮独立全驱电动汽车底盘集成控制系统结构示意图；

图2为解耦控制器结构示意图；

附图标记说明：

1.驾驶员操纵平台2.车辆质心侧偏角观测单元3.横摆角速度传感器4.姿态参数目标值生成单元5.姿态控制器6.解耦补偿单元7主动前轮转向系统8.转矩分配控制器9.左前轮轮毂电机及其控制系统10.右前轮轮毂电机及其控制系统11.左后轮轮毂电机及其控制系统12.右后轮轮毂电机及其控制系统13.积分器14.积分器16.正向解耦控制器15.权重生成器。

驾驶员操纵平台（1）输出司机操纵指令：车辆目标速度V和目标转角 ，利用姿态参数目标值生成单元（4）生成姿态参数质心侧偏角β和横摆角速度γ的目标值，作为姿态控制器的给定信号β*和γ*，反馈量为车辆质心侧偏角观测单元（2）实时获取质心侧偏角β的观测值和横摆角速度传感器（3）输出横摆角速度γ实测量，通过姿态控制器（5）得到控制输出——质心侧偏角及横摆角速度的目标变化量。

权重生成器（15）根据整车姿态参数和目标值得到正向解耦控制器（16）的权值；

由姿态控制器（5）的两个输出和分别经过两个积分器形成正向解耦控制器（16）的四个输入量，在正向解耦控制器（16）中进行加权求和，计算出车辆转向角补偿量及横摆力矩补偿量；

主动前轮转向系统（7）根据转角补偿量进行动态调节；

横摆力矩补偿则通过转矩分配控制器（8），分别生成四个轮毂电机的转矩目标值Tq1、Tq2、Tq3、Tq4；

四轮电机牵引控制系统（9）（10）（11）（12）分别控制四个牵引电机的转矩动态跟踪转矩目标值Tq1、Tq2、Tq3、Tq4。