基于四轮驱动的电动汽车稳定控制系统及方法及电动汽车

摘要

在本发明公开的基于四轮驱动的电动汽车稳定控制系统中，第一稳定控制单元判断侧向加速度是否小于预设的加速度阀值。若否，第一稳定控制单元根据侧向加速度信号计算横向载荷转移率，并根据横向载荷转移率判断车辆状态。若车辆有第一趋势，第二稳定控制单元控制电动汽车车身保持稳定。若车辆有第二趋势，第一稳定控制单元通过电机控制器控制电机对车辆的外侧前轮施加制动力。若车辆有第三趋势，第一稳定控制单元通过电机控制器控制电机对外侧前轮及车辆的内侧后轮施加制动力。上述稳定控制系统中，第一稳定控制单元根据车辆的不同状态，采取对应的稳定车辆措施，以稳定车身。本发明还公开一种基于四轮驱动的电动汽车稳定控制方法及电动汽车。

说明书

技术领域

本发明涉及于汽车领域，更具体而言，涉及一种基于四轮驱动的电动汽车稳定控制系统及一种基于四轮驱动的电动汽车稳定控制方法及一种基于四轮驱动的电动汽车。

背景技术

随着人们生活水平的提高，汽车作为出行工具被广泛地使用。因此，汽车的行驶安全性不容忽视。例如，在汽车正常行驶过程中，如果汽车突然要紧急避让前方障碍物或司机猛打方向盘时，汽车容易发生侧翻事故。

近年来，为提高车辆抗侧翻能力，进一步改善汽车的主动安全性，国内外许多学者和汽车生产商针对整车侧翻控制问题进行了广泛的研究。目前较为普遍且能有效改善汽车稳定的抗侧翻方法包括：差动制动控制技术、主动/半主动悬架控制技术、主动横向稳定器技术、主动转向技术，主动刹车等。实际上每种方法都存在一定的局限性，例如差扭制动控制很大程度上取决于外侧车轮的垂向载荷，当车轮即将离地时仅仅对外侧轮制动就难以起到有效的作用；主动悬架控制技术和主动横向稳定器可以提高侧翻门槛值和抑制车辆侧翻，但是其无法满足抗侧翻的响应快速性要求；而大角度转向控制则会改变车辆预期行驶轨迹，造成车辆转向不足的问题。

一方面，公开的专利CN201110105292提到利用横向载荷转移率和侧向加速度作为车辆侧翻的预警阀值。当达到阀值时开始报警，但是，该专利只是报警，没有提到报警后如何处理侧翻的趋势，如果报警后没有做相应的处理，侧翻危险还是会发生。

而公开的专利CN201220417918提到采用电子机械制动系统(EMB)控制汽车侧翻，EMB将原来液压管道由电线代替，采用电器设备直流电机产生力矩使得机械部分工作。该抗侧翻控制技术主要的缺点在于：1)在原有的传统制动系统基础上需要单独对每个轮增加一个电机执行机构，导致结构复杂，成本增加；2)没有设定侧翻阀值，且没有附加侧向加速度为侧翻判断依据，在一定倾斜路面上行驶或突遇凹凸物容易造成误判，导致没有达到侧翻条件就加以控制，则频繁触发执行机构动作，不仅要消耗更多的能量而且影响执行机构的寿命以及汽车行驶的性能；3)没有考虑侧翻时载荷转移对制动的影响，在将要发生侧翻时，内侧车轮的垂向载荷减小，仅对内侧轮制动控制可能达不到理想的效果；4)不能根据车身状态实时调整制动力，保持车身姿态。

另一方面，随着汽车新能源的开拓，独立四轮驱动的电动汽车随之诞生。因独立四轮驱动的电动汽车利用四个电机独立地对四个车轮进行控制，且电机的响应速度快(响应时间约为20毫秒)，相较于传统液压制动响应时间(传统液压制动响应时间约为200毫秒)有很大优势，因此，如何利用独立四轮驱动的电动汽车作稳定控制的手段成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种基于四轮驱动的电动汽车稳定控制系统及一种基于四轮驱动的电动汽车稳定控制方法及一种基于四轮驱动的电动汽车。

一种基于四轮驱动的电动汽车稳定控制系统，包括整车控制器、信号检测传感器、电机控制器及电机，该整车控制器包括第一稳定控制单元及第二稳定控制单元。该信号检测传感器用于检测侧向加速度信号。该第一稳定控制单元用于判断该侧向加速度是否小于预设的加速度阀值。若该侧向加速度小于该加速度阀值，该第一稳定控制单元用于继续判断该侧向加速度是否小于该加速度阀值。若该侧向加速度不小于该加速度阀值，该第一稳定控制单元用于根据该侧向加速度信号计算横向载荷转移率，并根据该横向载荷转移率判断车辆状态。若车辆有第一趋势，该第二稳定控制单元用于控制该电动汽车车身保持稳定。若车辆有第二趋势，该第一稳定控制单元用于通过该电机控制器控制该电机对车辆的外侧前轮施加制动力。若车辆有第三趋势，该第一稳定控制单元用于通过该电机控制器控制该电机对该外侧前轮及车辆的内侧后轮施加制动力。

上述稳定控制系统中，第一稳定控制单元根据车辆的不同状态，采取对应的稳定车辆措施，特别是当车辆有侧翻趋势或危险时，第一稳定控制单元能够通过电机对车辆的外侧前轮施加制动力，或对车辆的外侧前轮及内侧后轮施加制动力，以稳定车身。

在一个实施方式中，该第一稳定控制单元预设有第一转移率阀值、第二转移率阀值及第三转移率阀值，该第一转移率阀值大于零，该第二转移率阀值大于该第一转移率阀值，该第三转移率阀值大于该第二转移率阀值且小于1。当|LTR|＜L1时，该第一稳定控制单元判断车辆有第一趋势。当L1≤|LTR|＜L2时，该第一稳定控制单元判断车辆有第二趋势。当L2≤|LTR|≤L3时，该第一稳定控制单元判断车辆有第三趋势。其中，|LTR|表示该横向载荷转移率的绝对值，L1表示该第一转移率阀值，L2表示该第二转移率阀值，L3表示该第三转移率阀值。

在一个实施方式中，若车辆有第二趋势，对该外侧前轮施加的制动力由以下公式确定：F1＝M_RSC/R₁，其中，F1为对该外侧前轮施加的制动力，M_RSC为附加的横摆扭矩，R₁为 该外侧前轮的轮胎滚动半径。

在一个实施方式中，若车辆有第三趋势，对该外侧前轮施加的制动力由以下公式确定：F1′＝F_zo＊μ，其中，μ为路面附着系数，F_zo为外侧轮垂直载荷，对该内侧后轮施加的制动力由以下公式确定：F2＝M_RSC/R₁-F_zo＊μ，其中，F2为对该内侧后轮施加的制动力，M_RSC为附加的横摆扭矩，R₁为该外侧前轮的轮胎滚动半径。

在一个实施方式中，该信号检测传感器还用于检测轮速信号、车速信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号及纵向加速度信号。该第一稳定控制单元用于根据该轮速信号、该车速信号、该方向盘转角信号、该横摆角速度信号、该纵向加速度信号、该侧向加速度信号及预设的横向载荷转移率计算该附加的横摆扭矩。

在一个实施方式中，该信号检测传感器包括轮速传感器、车速传感器、方向盘转角传感器及偏航率传感器。该轮速传感器用于检测该轮速信号。该车速传感器用于检测该车速信号。该方向盘转角传感器用于检测该方向盘转角信号。该偏航率传感器用于检测该横摆角速度信号、该纵向加速度信号及该侧向加速度信号。

一种基于四轮驱动的电动汽车稳定控制方法，该电动汽车包括整车控制器、信号检测传感器、电机控制器及电机，该整车控制器包括第一稳定控制单元及第二稳定控制单元，该稳定控制方法包括以下步骤：

S1：该信号检测传感器检测侧向加速度信号；

S2：该第一稳定控制单元判断该侧向加速度是否小于预设的加速度阀值，若是，继续步骤S2，若否，进入步骤S3；

S3：该第一稳定控制单元根据该侧向加速度信号计算横向载荷转移率，并根据该横向载荷转移率判断车辆状态，若车辆有第一趋势，进入步骤S4，若车辆有第二趋势，进入步骤S5，若车辆有第三趋势，进入步骤S6；

S4：该第二稳定控制单元控制该电动汽车车身保持稳定；

S5：该第一稳定控制单元通过该电机控制器控制该电机对车辆的外侧前轮施加制动力；及

S6：该第一稳定控制单元通过该电机控制器控制该电机对该外侧前轮及车辆的内侧后轮施加制动力。

在一个实施方式中，该第一稳定控制单元预设有第一转移率阀值、第二转移率阀值及第三转移率阀值，该第一转移率阀值大于零，该第二转移率阀值大于该第一转移率阀值，该第三转移率阀值大于该第二转移率阀值且小于1；

步骤S3包括：

当|LTR|＜L1时，该第一稳定控制单元判断车辆有第一趋势；

当L1≤|LTR|＜L2时，该第一稳定控制单元判断车辆有第二趋势；

当L2≤|LTR|≤L3时，该第一稳定控制单元判断车辆有第三趋势；

其中，|LTR|表示该横向载荷转移率的绝对值，L1表示该第一转移率阀值，L2表示该第二转移率阀值，L3表示该第三转移率阀值。

在一个实施方式中，若车辆有第二趋势，对该外侧前轮施加的制动力由以下公式确定：F1＝M_RSC/R₁，其中，F1为对该外侧前轮施加的制动力，M_RSC为附加的横摆扭矩，R₁为该外侧前轮的轮胎滚动半径。

在一个实施方式中，若车辆有第三趋势，对该外侧前轮施加的制动力由以下公式确定：F1′＝F_zo＊μ，其中，μ为路面附着系数，F_zo为外侧轮垂直载荷，对该内侧后轮施加的制动力由以下公式确定：F2＝M_RSC/R₁-F_zo＊μ，其中，F2为对该内侧后轮施加的制动力，M_RSC为附加的横摆扭矩，R₁为该外侧前轮的轮胎滚动半径。

在一个实施方式中，步骤S1包括：该信号检测传感器检测轮速信号、车速信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号及纵向加速度信号。步骤S5或步骤S6包括：该第一稳定控制单元根据该轮速信号、该车速信号、该方向盘转角信号、该横摆角速度信号、该纵向加速度信号、该侧向加速度信号及预设的横向载荷转移率计算该附加的横摆扭矩。

在一个实施方式中，该信号检测传感器包括轮速传感器、车速传感器、方向盘转角传感器及偏航率传感器。步骤S1包括：该轮速传感器检测该轮速信号，该车速传感器检测该车速信号，该方向盘转角传感器检测该方向盘转角信号，该偏航率传感器检测该横摆角速度信号、该纵向加速度信号及该侧向加速度信号。

上述稳定控制方法中，第一稳定控制单元根据车辆的不同状态，采取对应的稳定车辆措施，特别是当车辆有侧翻趋势或危险时，第一稳定控制单元能够通过电机对车辆的外侧前轮施加制动力，或对车辆的外侧前轮及内侧后轮施加制动力，以稳定车身。

一种基于四轮驱动的电动汽车，包括如上所述的基于四轮驱动的电动汽车稳定控制系统。

在一个实施方式中，该第一稳定控制单元预设有第一转移率阀值、第二转移率阀值及第三转移率阀值，该第一转移率阀值大于零，该第二转移率阀值大于该第一转移率阀值，该第三转移率阀值大于该第二转移率阀值且小于1；

当|LTR|＜L1时，该第一稳定控制单元判断车辆有第一趋势；

当L1≤|LTR|＜L2时，该第一稳定控制单元判断车辆有第二趋势；

当L2≤|LTR|≤L3时，该第一稳定控制单元判断车辆有第三趋势危险；

其中，|LTR|表示该横向载荷转移率的绝对值，L1表示该第一转移率阀值，L2表示该第二转移率阀值，L3表示该第三转移率阀值。

在一个实施方式中，若车辆有第二趋势，对该外侧前轮施加的制动力由以下公式确定：F1＝M_RSC/R₁，其中，F1为对该外侧前轮施加的制动力，M_RSC为附加的横摆扭矩，R₁为该外侧前轮的轮胎滚动半径。

在一个实施方式中，若车辆有第三趋势，对该外侧前轮施加的制动力由以下公式确定：F1′＝F_zo＊μ，其中，μ为路面附着系数，F_zo为外侧轮垂直载荷，对该内侧后轮施加的制动力由以下公式确定：F2＝M_RSC/R₁-F_zo＊μ，其中，F2为对该内侧后轮施加的制动力，M_RSC为附加的横摆扭矩，R₁为该外侧前轮的轮胎滚动半径。

在一个实施方式中，该信号检测传感器还用于检测轮速信号、车速信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号及纵向加速度信号。该第一稳定控制单元用于根据该轮速信号、该车速信号、该方向盘转角信号、该横摆角速度信号、该纵向加速度信号、该侧向加速度信号及预设的横向载荷转移率计算该附加的横摆扭矩。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明较佳实施方式的基于四轮驱动的电动汽车稳定控制系统的模块示意图；

图2是汽车的二自由度线性模型，用于计算附加的横摆扭矩；

图3是汽车侧倾时受力情况示意图，用于计算横向载荷转移率；

图4是汽车紧急避让前方障碍物或猛打方向盘时稳定控制过程示意图；

图5是本发明较佳实施方式的基于四轮驱动的电动汽车稳定控制系统的控制原理图；及

图6是本发明较佳实施方式的基于四轮驱动的电动汽车稳定控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语″第一″、″第二″仅用于描述目的，而 不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有″第一″、″第二″的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，″多个″的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1，本发明较佳实施方式提供一种基于四轮驱动的电动汽车稳定控制系统100(下称稳定控制系统)。该稳定控制系统100适用于四轮独立驱动的电动汽车上。该电动汽车包括4个电机控制器2、4个电机6及电池包4。每个电机控制器2可单独控制对应的电机6。每个电机6用于控制对应的车轮运转9，例如对车轮9产生驱动力或制动力。具体地，本实施方式中，电机6为轮边电机，轮边电机通过变速器7及传动轴8连接到对应的车轮9。在其它实施方式中，电机6可为轮毂电机，在这种情况下，电动汽车可以省变速器7，有利于汽车的部件布局。电池包4通过高压线与电机控制器2连接。

该稳定控制系统100包括整车控制器1、信号检测传感器、电机控制器2及电机6。整车控制器1负责控制电动汽车的运行。本实施方式中，整车控制器1包括第一稳定控制单元及第二稳定控制单元。第一稳定控制单元、第二稳定控制单元、信号检测传感器及电机控制器2可通过整车的CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线进行通信。该第二稳定控制单元可为汽车的电子车身稳定控制单元。电池包4与整车控制器1互相通信。

该信号检测传感器用于检测侧向加速度信号、轮速信号、车速信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号及纵向加速度信号。

具体地，信号检测传感器包括轮速传感器11、车速传感器5A、方向盘转角传感器3 及偏航率传感器5。该轮速传感器11用于检测该轮速信号。该车速传感器5A用于检测该车速信号。该方向盘转角传感器3用于检测该方向盘转角信号。

该偏航率传感器3包括纵向加速度传感器、侧向加速度传感器及横摆角速度传感器。横摆角速度传感器用于检测该横摆角速度信号。纵向加速度传感器用于检测该纵向加速度信号，侧向加速度传感器用于检测该侧向加速度信号。可以理解，纵向加速度传感器、侧向加速度传感器及横摆角速度传感器可集成在一起。

该第一稳定控制单元用于判断该侧向加速度是否小于预设的加速度阀值。作为一个例子，预设的加速度阀值可设定为0.4g，其中g为重力加速度。。

若该侧向加速度小于该加速度阀值，该第一稳定控制单元用于继续判断该侧向加速度是否小于加速度阀值。

若该侧向加速度不小于该加速度阀值，该第一稳定控制单元用于根据该侧向加速度信号计算横向载荷转移率，并根据该横向载荷转移率判断车辆状态。

若车辆有第一趋势，该第二稳定控制单元用于该电动汽车车身保持稳定。

若车辆有第二趋势，该第一稳定控制单元用于通过该电机控制器控制该电机对车辆的外侧前轮施加制动力。例如，在这种状态下，第一稳定控制单元可生成并发送第一制动力信号至该电机控制器，该电机控制器根据该第一制动力信号控制该电机对车辆的外侧前轮施加制动力。

若车辆有第三趋势，该第一稳定控制单元用于通过该电机控制器控制该电机对该外侧前轮及车辆的内侧后轮施加制动力。例如，在这种状态下，第一稳定控制单元可生成并发送第二制动力信号至该电机控制器，该电机控制器根据该第二制动力信号控制该电机对车辆的外侧前轮及内侧后轮施加制动力。

例如，请参图1，如果车辆朝图1的左侧转向，外侧轮为右侧的车轮9，内侧轮为左侧的车轮9，外侧前轮为右上方的车轮9，内侧后轮为左下方的车轮9。如果车辆朝图1的右侧转向，外侧轮为左侧的车轮9，内侧轮为右侧的车轮9，外侧前轮为左上方的车轮9，内侧后轮为右下方的车轮9。

本实施方式中，该第一稳定控制单元预设有第一转移率阀值、第二转移率阀值及第三转移率阀值，该第一转移率阀值大于零，该第二转移率阀值大于该第一转移率阀值，该第三转移率阀值大于该第二转移率阀值且小于1。

当|LTR|＜L1时，该第一稳定控制单元判断车辆有第一趋势，例如车辆有侧滑趋势。当L1≤|LTR|＜L2时，该第一稳定控制单元判断车辆有第二趋势，例如车辆有侧翻趋势。当L2≤|LTR|≤L3时，该第一稳定控制单元判断车辆有第三趋势，例如车辆有侧翻危险。其中，|LTR|表示该横向载荷转移率的绝对值，L1表示该第一转移率阀值，L2表示该 第二转移率阀值，L3表示该第三转移率阀值。

本实施方式中，作为一个例子，L1＝0.5，L2＝0.6，L3＝0.9，其中，将横向载荷转移率的极限取值L3设置为0.9是为了保证车辆行驶安全。

因此，在稳定控制系统的稳定控制第一阶段，即|LTR|＜L1时，车辆有侧滑趋势，第二稳定控制单元控制电动汽车车身保持稳定，例如，第二稳定控制单元可通过控制汽车的制动执行机构(图未示)对相应的车轮9进行制动，减少了侧滑以保持汽车车身稳定。例如，制动执行机构包括制动主缸、轮缸、制动盘及制动卡钳。制动盘安装在轮毂上并随车轮9一起转动。当制动踏板被踏下时，连接制动踏板与制动主缸的推杆会使制动主缸产生液压。制动主缸产生液压传递到轮缸，由轮缸向制动卡钳施压以对制动盘产生摩擦力，进而实现对对相应的车轮9制动。

第二稳定控制单元控制制动执行机构对相应的车轮9制动，例如，当汽车左转时有侧滑趋势，第二稳定控制单元用于控制内侧后轮9对应的制动卡钳对内侧后轮9进行制动；当汽车右转时有侧滑趋势，第二稳定控制单元用于控制外侧前轮9对应的制动卡钳对外侧前轮9进行制动。

在稳定控制系统的稳定控制第二阶段，即L1≤|LTR|＜L2，第一稳定控制单元利用轮边电机6对外侧轮执行回馈制动方式。产生附加的横摆扭矩以减小汽车的横摆角速度。同时，制动力的增加使得汽车纵向速度减小。在轮胎附着极限附时，轮胎力通常处于饱和状态，由于轮胎的非线性特性，由汽车的附着椭圆可知，当纵向力(制动力)增加时，地面对车轮的侧向力(制动力)就会相应的减小，从而侧向速度也减小。所以侧向加速度减小，可以防止侧翻的发生。回馈制动的意思是，此时电机6不再是驱动电机，而是发电机，车轮9带着电机6发电，电机转子切割定子的磁感线产生反向阻力，阻碍车轮9转动，达到减速效果，同时，电机6产生可回收的电能。进一步地，整车控制器1用于将电机6产生的电能储存在电池包4中。

在稳定控制系统的稳定控制第三阶段，即L2≤|LTR|≤L3时，横向载荷转移率比较大(这一般是高速猛打方向盘或横向风所引起的)。此时，汽车左右轮载荷严重转移，如果外侧轮不足以提供相应的横摆扭矩，轮边电机6对外侧轮回馈制动的同时辅助内侧轮回馈制动，内、外侧轮回馈制动扭矩的大小根据车辆的状况实时分配，其分配原则如下，在路面附着极限附时，轮胎力通常处于饱和状态，由于轮胎的非线性特性，由汽车的附着椭圆可知，当纵向力(制动力)增加时，侧向力就会相应的减小。但汽车上的每个车轮的车轮纵、侧向力的变化所产生的横摆扭矩的方向是不同的。表1为在一定转角下对各个车轮制动的统计结果，其中″+″表示车轮产生的横摆扭矩与期望的车辆运动方向一致，反之″-″表示车轮产生的横摆扭矩与期望的车辆运动方向相反。

由表1可见，只有对外侧前轮和内侧后轮制动时，纵、侧向力变化所产生的横摆扭矩是同向的。故在第二阶段及第三阶段中，第一稳定控制单元主要对外侧前轮，或外侧前轮及内侧后轮进行制动干预，从而产生更合理的、足够的附加的横摆扭矩，减小了横摆角速度和侧向加速度，纠正车身侧翻姿态，使车辆快速达到稳定状态。附加的横摆扭矩是外侧前轮产生的横摆扭矩，或是外侧前轮产生的横摆扭矩与内侧后轮产生的横摆扭矩之和。

表1 在一定转角下对各个车轮制动的统计结果ΔM1、ΔM2、ΔM3及ΔM4为车轮制动时，四个车轮对车辆所产生的横摆扭矩

轮胎力内侧前轮外侧前轮内侧后轮外侧后轮制动力增加+ΔM1-ΔM2+ΔM3-ΔM4侧向力减少-ΔM1-ΔM2+ΔM3+ΔM4

因此稳定控制系统100采用横向载荷转移率和侧向加速度作为汽车稳定的控制目标。横向载荷转移率(Lateral load Transfer Ratio，LTR)定义为左、右侧轮胎垂向载荷之差与整车垂向总载荷之比，即F_L表示左侧轮胎所受的垂直载荷，包括左前轮和左后轮，F_R表示右侧轮胎所受的垂直载荷，包括右前轮和右后轮。

可以理解，上述第一趋势，第二趋势及第三趋势对应于车辆的状态可根据实现情况有所调整。

汽车侧倾时，左、右轮胎垂直载荷发生转移，即LTR的取值范围为[-1，1]，当LTR＝0时，不产生侧倾；当0＜LTR＜1或-1＜LTR＜0时，部分侧倾；当LTR＝±1时，一侧轮胎离地，发生侧翻危险。横向载荷转移率不易直接测量，可根据所建整车模型对LTR指标进行线性变换从而间接测量。

稳定控制系统100通过侧向加速度传感器实时监测汽车的侧向加速度，在根据整车参数计算出各轮垂直载荷，同时横向载荷转移率算法公式预编写到第一稳定控制单元中。

附加的横摆扭矩可通过实际的横向载荷转移率LTR和理想的横向载荷转移率LTRd作比较，然后通过整车模型和一定的控制算法计算。附加的横摆扭矩指，为了维持车身稳定，防止侧翻，根据整车模型计算出来的附加扭矩值M_RSC，通过施加在某一轮或多轮上额外的制动力而产生。理想的横向载荷转移率，即预设的横向载荷转移率是人为在第一稳定控制单元内设定的侧翻预警阀值，如小于上述第一转移率阀值的数值。

以下结合图2，利用二自由度线性模型和滑膜变结构控制算法为例子来计算附加的横摆扭矩M_RSC。需要指出的是，附加的横摆扭矩M_RSC还可以通过其它已知的算法计算，例如清华大学出版社的《汽车动力学》、机械工业出版社的《车辆动力学及控制》、博士论文《基于 GPS的汽车稳定性控制系统研究》等都有提到这种附加的横摆扭矩的算法。其中，滑膜变结构控制算法用得比较多，国外研究滑膜变结构控制的有：Drakunow，et.al(2000)、Gematsu和Gerdes(2002)，Yi，et.al.(2003)以及Yoshioka，et.al(1998)、Slotine、Li(1991)等人文章中对滑膜变结构控制算法有详细的介绍，这种控制方法的优点在于能满足系统的非线性、时变性和不确定性。

图2及下公式中，各字母表示含义：

m-----汽车质量；

kf、kr-----前、后车轴的侧偏刚度；

δf-----前轮转角；

Iz-----汽车绕Z轴的转动惯量；

l_f、l_r----汽车前、后轴至汽车质心的距离；

Vx-----纵向速度；

Vy-----侧向速度；

γ_d----横摆角速度、横摆角加速度、理想的横摆角速度；

β-----质心侧偏角；

Fyf、Fyr----汽车前轮侧向力、后轮侧向力；

M_RSC------附加的横摆扭矩。

在建立模型时，忽略转向系统的影响、悬架的作用、空气动力的作用以及轮胎的侧偏特性，认为汽车沿轴的速度不变，只有侧向运动与绕轴的横摆运动这样两个自由度，这样实际汽车简化成一个两轮二自由度车辆模型。根据牛顿定律得出二自由度车辆模型的动力学方程如下。

汽车质心绝对加速度在Y轴上的分量为：

沿Y轴合力：

绕质心的力矩：

为维持车身，附加的横摆扭矩为M_RSC，此时绕质心的力矩平衡方程为：

其中前、后轮胎侧向力：

由(3)式可知，只需要知道横摆角加速度便可计算附加的横摆扭矩M_RSC。

以下作进一步分析。

请结合图3，图3表示汽车左转侧倾时受力情况。假定汽车簧载质量与总质量相等，且质心位置相同，可建立如下方程计算横向载荷转移率LTR。

图3及下列公式中，各字母表示含义：

h-----质心高度；

hR-----侧倾中心高度；

e-----质心与侧倾中心间距离；

t-----轮距；

a-----质心侧向加速度；

Fzi，Fzo-----内侧车轮的垂直载荷、外侧车轮的垂直载荷；

KΦ-----车身侧倾刚度。

根据侧倾力矩平衡：

K_Φ-mgeΦ＝ma_ye>

可由(5)式计算侧倾角：

横向载荷转移率LTR：

结合(6)、(7)、(8)式可得：

由(9)式可看出，LTR与侧向加速度、侧倾角直接相关，降低侧向加速度或侧倾角也会减小LTR。在计算保持汽车稳定性的附加横摆扭矩M_RSC之前，首先要确定横向载荷转移率的阀值LTR_d和侧向加速度阀值a_yd，也即是期望的横向载荷转移率和侧向加速度，这里设置LTR_d＝0.5，a_yd＝0.4g，将期望的LTR_d和a_yd代入(9)式得：

如果存在期望的车速v_xd，根据运动学关系，结合(1)式，汽车理想的侧向加速度可表示为：

γ_d为理想的横摆角速度，根据(10)式和(11)式得到理想的横摆角速度：

根据二自由度车辆模型设计滑模控制器。选取稳定性控制目标时应同时考虑质心侧偏角和横摆角速度。定义滑模控制的切换函数为：

s＝γ-γ_d+ζ(β-βd)>

其中ζ为常数。

对s求导得

当状态量到达滑膜面时，系统趋于稳定，即

由(4)式可得

将代入(15)式得：

由(16)式可求得附加的横摆扭矩M_RSC：

其中其中L为汽车轴距；

稳定性因素

(17)式中，其中l_f及l_r为车型参数，分别为汽车前、后轴至汽车质心的距离，前后轮侧向力F_yf及F_yr由(4)式下面的补充公式计算得，δ_f为前轮转角，可由方向盘转角传感器检测方向盘转角信号，再由方向盘转角和前轮转角的比值关系可求得，I_Z为整车绕Z轴转动惯量，是汽车制造出来时的一个固定数值。

为理想的横摆角加速度，可结合(10)式和公式(11)得到(期望)理想的横摆角速度即(12)式，求导得到其中分母v_xd为理想(期望)车速，可由轮速传感器11检测的轮速信号求得四轮轮速，取平均值求得理想车速v_xd。需要指出的是，本实施方式的稳定控制系统100还包括4个电机旋变传感器10，该4个旋变传感器10检测对应的电机6转速信号，第一稳定控制单元也可根据电机转速信号计算理想车速。而且轮速传感器与旋变传感器之间可以相互校验，好处是如出现一套传感器失效时，则以另一套传感器可作为第一稳定控制单元的判断依据，提高计算车速准确性。当然，也可以用其它算法求得理想车速。

LTR_d为期望的横向载荷转移率可自行设定，例如设置为0.5。t为轮距，e为质心与 侧倾中心间距离；Φ为车身侧倾角，K_Φ为车身侧倾刚度。

由上可知，只需要知道和就能求得其中a_y汽车质心绝对加速度在纵轴Y上的分量，即表示汽车质心绝对加速度在纵轴Y上的分量的变化率，表示车身侧向加速度的变化率，其中车身侧向加速度和车身纵向加速度都可以通过加速度传感器直接读取。

进一步地，侧向加速度的变化率可以对车身侧向加速度的数值做数值处理，间接计算车身侧向加速度的变化率车身侧向加速度的数值用matlab拟合成对时间t的线性函数k₁、k₂为拟合的常数，对时间t求导即得带入即可求得γ由横摆角速度传感器读取，从而求得

接下来，ζ为常数，β为质心侧偏角，可由GPS装置测得，求导后为零，理想质心侧偏角可由(17)式下面β_d求导算得，其中以车速v_x为变量求导，其它为常量。求导后的公式包含车速v_x及纵向加速度，车速v_x可由车速传感器5A检测的车速信号获取，纵向加速度由纵向加速度传感器检测的纵向加速度信号获取，v_x是指整车速度在X方向(纵向)分量，相比于X向(纵向)车速，整车车速在Y(横向)向分量非常小，可忽略不计，所以X向(纵向)车速v_x大小和整车速度大小基本相等，即可用车速传感器5A检测。

由上可知，只需要检测到方向盘转角信号、轮速信号、车速信号、侧向加速度信号、纵向加速度信号及横摆角速度信号就可以算出附加的横摆扭矩M_RSC。

得到附加的横摆扭矩M_RSC后，第一稳定控制单元根据横向载荷转移率LTR的大小，判断是对外侧前轮，还是外侧前轮及内侧后轮施加制动力。具体判断依据参表2。

表2 判断依据

本实施方式中，作为例子，预设的加速度阀值a_yd＝0.4g，第一转移率阀值L1＝0.5，第二转移率阀值L2＝0.6及第三转移率阀值L3＝0.9。

对于|LTR|＜0.5时，车辆载荷有较小的转移，但不会发生侧翻危险，只是有侧滑趋势，第二稳定控制单元(ESP)控制电动汽车车身保持稳定，例如，第二稳定控制单元可通过控制汽车的刹车制动器对相应的车轮9进行制动，减少了侧滑以保持汽车车身稳定，第一稳定 控制单元无需启动电机控制器6对电机2进行控制，即此时，第一稳定控制单元不会对车轮9产生干预。

对于0.5≤|LTR|＜0.6时，此时属于车辆侧翻预警阶段，左右轮载荷发生了部分转移，车身倾斜，有侧翻的趋势，触发了第一稳定控制单元。第一稳定控制单元判断车辆有侧翻趋势，并根据上述采集到的传感器信号及预设的横向载荷转移率计算附加的横摆扭矩，对外侧前轮施加制动力，制动力的大小为F1＝M_RSC/R₁，其中，F1为对该外侧前轮施加的制动力，M_RSC为附加的横摆扭矩，R₁为该外侧前轮的轮胎滚动半径。之后，第一稳定控制单元根据制动力的大小发送第一制动力信号至外侧前轮对应的电机控制器2，该电机控制器2根据该第一制动力信号控制电机6对外侧前轮施加制动力。因此，车辆产生一定的横摆扭矩修正车身姿态，维持稳定行驶。

对于0.6≤|LTR|≤0.9时，车辆左右轮发生了严重的载荷转移，车身严重向外侧倾斜，(如高速猛打方向盘或横向风引起的侧倾，无论向左还是向右打方向盘，车身都是向外侧倾斜)，载荷减小的内侧轮不足以提供足够的地面制动力，内侧轮垂直载荷F_zi减少。若外侧轮提供最大的地面制动力为μ为路面附着系数，计算时，μ为定值且可根据车辆出厂前的参数设计μ的具体数值。F_zo为外侧轮垂直载荷，则第一稳定控制单元判断外侧前轮不足以提供相应的地面制动力。

因此，一方面，第一稳定控制单元通过电机控制器2对外侧前轮施加制动力F1′＝F_zo＊μ。

另一方面，第一稳定控制单元通过电机控制器2控制对应的电机6对内侧轮施加制动力，且根据表1为在一定转角下对各个车轮制动的统计结果，应对内侧后轮施加制动力，施加的制动力大小其中，F2为电机对该内侧后轮施加的制动力。如此，第一稳定控制单元使外侧前轮及内侧后轮两者形成一个合理的横摆扭矩，以横向载荷转移率LTR减小到期望的横向载荷转移率，进而维持整车稳定行驶。

故，第一稳定控制单元发送第二制动力信号至外侧前轮对应的电机控制器2及内侧后轮对应的电机控制器2，使电机控制器2控制对应的电机6对外侧前轮及内侧后轮施加制动力。

下面结合实例分析车辆在高速上直行时紧急避让前方障碍物或猛打方向盘时稳定控制过程：

请结合图4及图5，图4是紧急避让前方障碍物或猛打方向盘时稳定控制过程示意图，图5是稳定控制原理图。

在车辆高速行驶过程中，车辆突遇前方障碍物，紧急避让过程中司机猛打方向盘，第一稳定控制单元根据方向盘转角传感器3、航偏率传感器5、车速传感器5A、轮速传感器11(或旋变传感器10)的信号实时算出横向载荷转移率LTR。

第一稳定控制单元设定侧向加速度阀值为0.4g，设定第一转移率阀值LTR1＝0.5，第二转移率阀值LTR2＝0.6，第三转移率阀值LTR3＝0.9。

当车辆在中高速或小角度转向使0.5≤|LTR|＜0.6时，第一稳定控制单元利用整车模型和相应的控制算法实时计算出附加的横摆扭矩M_RSC，并以回馈制动的形式通过电机控制器2及轮边电机6对外侧前轮施加制动力，使|LTR|回到0.5以内。

当车辆车速较高或紧急大转角转向使0.6≤|LTR|≤0.9时，第一稳定控制单元利用整车模型和相应的控制算法实时计算出附加的横摆扭矩M_RSC′，并以回馈制动的形式通过电机控制器2及轮边电机6对外侧前轮和内侧后轮施加制动力。因此，外侧前轮在回馈制动的同时辅助内侧后轮回馈制动，形成更强烈的差扭，减小横摆角速度、侧向加速度，及时纠正车身侧翻姿态，降低LTR值，使车辆维持稳定行驶。

综上所述，上述稳定控制系统100中，第一稳定控制单元根据车辆的不同状态，采取对应的稳定车辆措施，特别是当车辆有侧翻趋势或危险时，第一稳定控制单元能够对车辆的外侧前轮施加制动力，或对车辆的外侧前轮及内侧后轮施加制动力，以稳定车身。

请参图6，本发明较佳实施方式提供一种基于四轮驱动的电动汽车稳定控制方法(下称稳定控制方法)。该稳定控制方法可由以上实施方式的稳定控制系统100实现。

具体地，该稳定控制方法包括以下步骤：

S1：该信号检测传感器检测侧向加速度信号；

S2：该第一稳定控制单元判断该侧向加速度是否小于预设的加速度阀值，若是，继续步骤S2，若否，进入步骤S3；

S3：该第一稳定控制单元根据该侧向加速度信号计算横向载荷转移率，并根据该横向载荷转移率判断车辆状态，若车辆有第一趋势，进入步骤S4，若车辆有第二趋势，进入步骤S5，若车辆有第三趋势，进入步骤S6；

S4：该第二稳定控制单元控制该电动汽车车身保持稳定；

S5：该第一稳定控制单元通过该电机控制器控制该电机对车辆的外侧前轮施加制动力；及

S6：该第一稳定控制单元通过该电机控制器控制该电机对该外侧前轮及车辆的内侧后轮施加制动力。

在步骤S1中，该信号检测传感器的偏航率传感器5检测侧向加速度信号。除此之外，轮速传感器检测轮速信号，车速传感器检测车速信号，方向盘转角传感器检测方向盘转角信号，该偏航率传感器还检测横摆角速度信号及纵向加速度信号，以作后续计算使用。

在步骤S2中，本实施方式中，预设的加速度阀值为0.4g。

在步骤S3中，即当侧向加速度不小于预设的加速度阀值时，第一稳定控制单元计算横向载荷转移率以作为车辆状态判断的依据。进一步地，该第一稳定控制单元预设有第一转移率阀值、第二转移率阀值及第三转移率阀值，该第一转移率阀值大于零，该第二转移率阀值大于该第一转移率阀值，该第三转移率阀值大于该第二转移率阀值且小于1。

当|LTR|＜L1时，该第一稳定控制单元判断车辆有第一趋势，例如车辆有侧滑趋势；

当L1≤|LTR|＜L2时，该第一稳定控制单元判断车辆有第二趋势，例如车辆有侧翻趋势；

当L2≤|LTR|≤L3时，该第一稳定控制单元判断车辆有第三趋势，例如车辆有侧翻危险；

其中，|LTR|表示该横向载荷转移率的绝对值，L1表示该第一转移率阀值，L2表示该第二转移率阀值，L3表示该第三转移率阀值。

本实施方式中，L1＝0.5，L2＝0.6，L3＝0.9。

在步骤S4中，即车辆有侧滑趋势，第二稳定控制单元例如可通过控制汽车的刹车制动器(图未示)对相应的车轮9进行制动，减少了侧滑以保持汽车车身稳定。

在步骤S5中，即车辆有侧翻趋势，第一稳定控制单元根据上述采集到的传感器信号(轮速信号、车速信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号、纵向加速度信号及侧向加速度信号)及预设的横向载荷转移率计算附加的横摆扭矩，对外侧前轮施加制动力，制动力的大小为F1＝M_RSC/R₁，其中，F1为对该外侧前轮施加的制动力，M_RSC为附加的横摆扭矩，R₁为该外侧前轮的轮胎滚动半径。之后，第一稳定控制单元根据制动力的大小发送第一制动力信号至外侧前轮对应的电机控制器2，该电机控制器2根据该第一制动力信号控制电机6对外侧前轮施加制动力。因此，车辆产生一定的横摆扭矩修正车身姿态，维持稳定行驶。

在步骤S6中，车辆有侧翻危险，一方面，第一稳定控制单元通过电机控制器2对外侧前轮施加制动力F1＝M_RSC/R₁。

另一方面，第一稳定控制单元通过电机控制器2控制对应的电机6对内侧轮施加制动力，且根据表1为在一定转角下对各个车轮制动的统计结果，应对内侧后轮施加制动力，施加的制动力大小其中，F2为电机对该内侧后轮施加的制动力，M_RSC为附加的横摆扭矩，R₂为该内侧后轮的滚动半径，F_zi为内侧轮的垂直载荷，μ为路面附着系数。如此，第一稳定控制单元使外侧前轮及内侧后轮两者形成一个合理的横摆扭矩，以横向载荷转移率LTR减小到期望的横向载荷转移率，进而维持整车稳定行驶。

故，第一稳定控制单元发送第二制动力信号至外侧前轮对应的电机控制器2及内侧后轮对应的电机控制器2，使电机控制器2控制对应的电机6对外侧前轮及内侧后轮施加制动力。

本实施方式的稳定控制方法中未展开的其它部分，可参以上实施方式的稳定控制系统100的对应部分，在此不再详细展开。

综上所述，上述稳定控制方法中，第一稳定控制单元根据车辆的不同状态，采取对应的稳定车辆措施，特别是当车辆有侧翻趋势或危险时，第一稳定控制单元能够对车辆的外侧前轮施加制动力，或对车辆的外侧前轮及内侧后轮施加制动力，以稳定车身。

本发明较佳实施方式提供一种基于四轮驱动的电动汽车，该电动汽车包括如上所述的基于四轮驱动的电动汽车稳定控制系统100。因此，该电动汽车的第一稳定控制单元根据车辆的不同状态，采取对应的稳定车辆措施，特别是当车辆有侧翻趋势或危险时，第一稳定控制单元能够对车辆的外侧前轮施加制动力，或对车辆的外侧前轮及内侧后轮施加制动力，以稳定车身。

在本说明书的描述中，参考术语″一个实施方式″、″一些实施方式″、″示意性实施方式″、″示例″、″具体示例″、或″一些示例″等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语″第一″、″第二″仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有″第一″、″第二″的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，″多个″的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、 装置或设备而使用。就本说明书而言，″计算机可读介质″可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。