本发明涉及轮毂电机技术领域，具体地指一种氢燃料电池四轮轮毂电机驱动外挂控制器及控制方法。
背景技术：
目前，氢燃料电池全功率轮毂电机分布式驱动新能源汽车，均采用重新开发整车控制器，并嵌入轮毂电机分布式驱动扭矩矢量控制的设计方式，这种设计方式中，轮毂电机分布式驱动扭矩矢量控制涉及整车多体动力学分析和复杂算法开发计算，消耗大量的控制器芯片资源，为了提高整车vcu(vehiclecontrolunit，整车控制器)的芯片计算能力，需增加整车控制器成本；并且将整车控制器和扭矩矢量控制器功能集成在一个控制器中，增加了can(controllerareanetwork，控制器局域网络)网络上的负载压力，容易产生负载失衡。另外，对于氢燃料电池增程式动力结构，相比与传统纯电动汽车，又增加了与整车vcu的交互信号，can网络上的通讯压力增加，同时，轮毂电机分布式驱动扭矩矢量控制器tvcu与整车控制器vcu功能合并重新开发，增加控制器软件开发难度，延长了开发周期。
对于四轮轮毂电机驱动乘用汽车的制动能量回收和驱动防滑逻辑，均处于理论研究阶段，还没有成熟可靠的方案，因此目前的四轮轮毂电机驱动乘用汽车均不带有制动能量回收和驱动防滑功能。
技术实现要素：
本发明的目的就是要提供一种氢燃料电池四轮轮毂电机驱动外挂控制器及控制方法，本发明实现对轮毂电机分布式驱动控制功能，提升整车的操纵性和稳定性，同时实现整车动力性和经济性的个性化定义。
为实现此目的，本发明所设计的氢燃料电池四轮轮毂电机驱动外挂控制器，它包括处理器、角速度测量模块、三轴向加速度测量模块、数字信号输入模块、模拟信号输入模块和数字高边输出模块，其中，角速度测量模块用于测量车辆实时的横摆角速度、俯仰角速度和翻滚角速度，三轴向加速度测量模块用于测量车辆实时的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度，数字信号输入模块用于将车辆运行状态数字信号传输给处理器，模拟信号输入模块用于将车辆运行状态模拟信号传输给处理器，数字高边输出模块用于在处理器的控制下输出前轴轮毂电机和后轴轮毂电机的硬线使能信号，处理器用于从整车控制器获取驾驶意图信息；
处理器用于根据车辆实时的横摆角速度、俯仰角速度、翻滚角速度、横向加速度、纵向加速度、竖向加速度、车辆运行状态数字信号、车辆运行状态模拟信号和驾驶意图信息进行制动能量回收及驱动防滑控制，生成对应的制动能量回收控制信号和驱动防滑控制信号，处理器根据制动能量回收控制信号控制前轴轮毂电机控制器和后轴轮毂电机控制器实现整车制动能量回收控制功能，处理器根据驱动防滑控制信号控制前轴轮毂电机控制器和后轴轮毂电机控制器实现整车驱动防滑控制功能。
一种氢燃料电池四轮轮毂电机驱动扭矩矢量控制方法，它包括如下步骤：
步骤1：通过车辆外形尺寸及整车质量基本参数、车辆姿态数据和路面状态数据，结合车辆二自由度模型，获取车辆理想横摆角速度，该车辆理想横摆角速度作为实时横摆角速度跟随控制目标；
步骤2：角速度测量模块将车辆实时的横摆角速度、俯仰角速度和翻滚角速度发送给处理器，三轴向加速度测量模块将车辆实时的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度发送给处理器，处理器根据车辆实时的横摆角速度、俯仰角速度和翻滚角速度，以及车辆实时的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度获取车辆实时车速信息，处理器从整车控制器获取驾驶意图信息，处理器通过驾驶意图信息和车辆实时车速信息得到四轮轮毂电机初始控制力矩；
步骤3：设计以实时的车辆横摆角速度和车辆质心侧偏角为控制变量的自适应组合二阶滑模控制模型，处理器通过该自适应组合二阶滑模控制模型控制前轴轮毂电机控制器和后轴轮毂电机控制器，实现对整车失稳状态施加附加横摆力矩，将附加横摆力矩补偿在四轮轮毂电机初始控制力矩上；
步骤4：处理器根据数字信号输入模块输送的车辆运行状态数字信号和模拟信号输入模块输送的车辆运行状态模拟信号判断车辆运行工况，在制动工况下，处理器根据车辆运行状态模拟信号中的制动踏板行程信号，获取理想纵向加速度，理想纵向加速度对时间积分获取理想纵向车速，处理器将车辆实时车速信息中的车辆纵向速度作为实际纵向车速，处理器通过理想纵向车速与实际纵向车速作为控制变量的滑模变结构控制模型控制前轴轮毂电机控制器和后轴轮毂电机控制器的制动力矩与制动能量回收，实现车辆制动能量回收状态下的四轮补偿制动力矩控制。
本发明将轮毂电机扭矩矢量控制tvcu与整车控制器vcu功能分离，降低对控制器芯片消耗计算资源的需求，节约差扭控制器的成本；控制器功能分离，降低can网络上负载失衡风险；无需重新开发包含两种控制功能的控制，节约开发周期；首次实现氢燃料电池全功率四轮轮毂电机驱动汽车的扭矩矢量控制与整车控制器无缝集成的控制功能。
本发明采用整车控制器vcu和扭矩矢量控制器tvcu分开设计，对各自硬件微处理器的要求降低，负载均衡问题得到有效改善，控制过程中的中间变量报文减少，控制逻辑更加清晰，扭矩矢量控制器tvcu相当于差扭补偿的集中计算，计算效率得到提升。
本发明的制动能量回收功能用于装配到四轮轮毂电机驱动乘用汽车上，四轮轮毂电机驱动乘用汽车的电池由氢燃料电池和纯动力电池包组成，其纯动力电池包的储能远小于纯电动汽车的动力电池包的储能，因此，对于整车的制动能力回收，就会显得弥足珍贵，本发明的制动能量回收功能显著增加了四轮轮毂电机驱动乘用汽车的续航里程。
本发明的驱动防滑功能用于装配到四轮轮毂电机驱动乘用汽车上，低速工况下的驱动防滑能够保持车辆的动力性，高速工况下，可以增加车辆的操纵性能和稳定性能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明使用状态结构示意图。
其中，1—处理器、2—角速度测量模块、3—三轴向加速度测量模块、4—can通讯接口模块、5—数字信号输入模块、6—模拟信号输入模块、7—整车控制器、8—数字高边输出模块、9—数字底边输出模块、10—前轴轮毂电机控制器、11—后轴轮毂电机控制器、12—内部电压监视模块、13—上电使能与自主断电模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1和2所示氢燃料电池四轮轮毂电机驱动外挂控制器，它包括处理器1、角速度测量模块2、三轴向加速度测量模块3、数字信号输入模块5、模拟信号输入模块6和数字高边输出模块8，其中，处理器1可自主进行cpu单元、时钟单元、存储单元的自检，发生故障时将产生响应中断，通知应用程序处理，角速度测量模块2用于测量车辆实时的横摆角速度、俯仰角速度和翻滚角速度，三轴向加速度测量模块3用于测量车辆实时的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度，数字信号输入模块5用于将车辆运行状态数字信号传输给处理器1，模拟信号输入模块6用于将车辆运行状态模拟信号传输给处理器1，数字高边输出模块8用于在处理器1的控制下输出前轴轮毂电机和后轴轮毂电机的硬线使能信号(驱动电压12v、驱动电流200ma的后轴两个轮毂电机硬线使能信号、前轴两个轮毂电机硬线使能信号)，处理器1用于从整车控制器7获取驾驶意图信息；
处理器1用于根据车辆实时的横摆角速度、俯仰角速度、翻滚角速度、横向加速度、纵向加速度、竖向加速度、车辆运行状态数字信号、车辆运行状态模拟信号和驾驶意图信息进行制动能量回收及驱动防滑控制，生成对应的制动能量回收控制信号和驱动防滑控制信号，处理器1根据制动能量回收控制信号控制前轴轮毂电机控制器10和后轴轮毂电机控制器11实现整车制动能量回收控制功能，处理器1根据驱动防滑控制信号控制前轴轮毂电机控制器10和后轴轮毂电机控制器11实现整车驱动防滑控制功能，can通信接口电路模块，其主要器件can接收器和can发收器，支持四路can通信，实现报文的装配和拆分，接收信息的过滤和校验等。
上述技术方案中，所述车辆运行状态数字信号包括制动踏板两路双冗余(一高有效和一低有效)信号、组合换档器换档逻辑的三路高电平数字信号、钥匙acc/start/on电有效数字信号和esc高电平数字信号等；
所述车辆运行状态模拟信号包括制动主缸的油压的电压信号、驾驶员踩踏油门踏板的两冗余电压信号和表征真空助力泵气压的电压信号值等。
上述技术方案中，它还包括can通讯接口模块4，处理器1用于通过can通讯接口模块4分别连接前轴轮毂电机控制器10、后轴轮毂电机控制器11和整车控制器7。处理器1作为整车控制器7的外挂控制器，外挂于整车控制器7的私有can总线上，两前轴轮毂电机及相应的两个轮毂电机控制器与处理器1独立构成一条can信号通路；两后轴轮毂电机及相应的两个轮毂电机控制器与处理器1独立构成另外一条can信号通路。
上述技术方案中，它还包括内部电压监视模块12，所述内部电压监视模块12用于对处理器1的内部电压进行监控，保证电压在正常范围。
上述技术方案中，它还包括上电使能与自主断电模块13，上电使能与自主断电模块13用于在处理器1上电时对处理器1进行初始化，在处理器1下电时控制处理器1自主断电。控制器拥有极低的静态功耗，点火开关关闭时，控制器内部电流不超过1ma。这得益于电源使能功能，静态下仅电源使能电路处于工作状态，可有效避免停车状态下过度消耗蓄电池电量。
上述技术方案中，它还包括数字底边输出模块9，数字底边输出模块9用于在处理器1的控制下输出冷却水泵驱动信号和真空泵继电器驱动信号(供电压12v，电流200ma，默认时悬空，点亮esc开关的背景灯的低边驱动数字输出信号，供电压12v，电流200ma，默认时悬空，闭合真空泵继电器的低边驱动数字输出信号，供电压12v，电流200ma，默认时悬空)。
上述技术方案中，四轮轮毂电机驱动外挂控制器通过钥匙开关接收蓄电池(12v)供电；通过整车控制器7的can转发高压上电请求信号唤醒本控制器；通过整车控制器7的can转发的下电请求信号及轮毂电机控制转发给本控制器的电机直流母线电压值，判断本控制器是否符合下电条件而休眠，下电条件为：一种是来自整车控制器7通过can网络转发的下电请求信号(keyoff＝1)，一种是来自电机控制器mcu通过can网络转发过来的电机直流母线电压值是否低于阈值36v，由于氢燃料电池下电前要进行电堆的清扫工作，大约五分钟，所以在四轮轮毂电机驱动外挂控制器下电接收到下电指令keyoff＝1后，还要等待电池包延时大约5分钟下电，电池包将电机直流母线电压压降到36v以下，两个条件均满足时，四轮轮毂电机驱动外挂控制器开始执行下电逻辑。
上述技术方案中，处理器1根据数字信号输入模块5输送的车辆运行状态数字信号和模拟信号输入模块6输送的车辆运行状态模拟信号判断车辆运行工况，在制动工况下，处理器1根据车辆运行状态模拟信号中的制动踏板行程信号，获取理想纵向加速度，理想纵向加速度对时间积分获取理想纵向车速，处理器1将车辆实时车速信息中的车辆纵向速度作为实际纵向车速，处理器1通过理想纵向车速与实际纵向车速作为控制变量的滑模变结构控制模型控制前轴轮毂电机控制器10和后轴轮毂电机控制器11的制动力矩与制动能量回收，实现车辆制动能量回收状态下的四轮补偿制动力矩控制。
上述技术方案中，处理器1根据数字信号输入模块5输送的车辆运行状态数字信号和模拟信号输入模块6输送的车辆运行状态模拟信号判断车辆运行工况，在驱动防滑工况下，处理器1采用标准轮胎与路面burckhardt模型以及模糊逻辑推理修正获得理想路面滑转率，并通过车轮转速、车轮半径和车轮纵向车速获得实际路面滑转率；
将理想的路面滑转率与实际路面滑转率作为处理器1中pid(比例-积分-微分控制)控制的输入，通过路面滑转率的pid反馈控制模型，决策出能将实际滑转率向理想路面滑转率调整的车轮滑转总力矩，在pid反馈控制过程中通过模糊自整定修正pid反馈控制时的比例、积分和微分参数(pid控制算法，是线性控制模型，不包含车辆动力学模型，无法反应车辆运行状态下的特征；而且pid三个参数一旦给定，就不变化，由于驱动防滑工况介于线性和非线性之间，用纯粹的pid线性算法控制，来控制驱动防滑工况具有一定的局限性，因此提出p、i、d三个参数的在线整定，其目的，就是在车辆运动状态下，用变化的p、i、d参数来适应驱动防滑的车辆动态工况。在线，即在车辆运动状态下，通过自动调节p、i、d三个参数，来达到pid更理想的反馈效果)，同时通过pid前馈控制解决路面滑转率的pid反馈控制时的滑转率控制超调问题；处理器1通过控制前轴轮毂电机控制器10和后轴轮毂电机控制器11将车轮滑转总力矩补偿到四个车轮上，实现车辆驱动防滑控制。
上述技术方案中，驱动防滑工况的判断标准为：滑转率大于常规行驶最大滑转率smax(大多数路面最优滑转率0.05-0.25)，并且驾驶员需求力矩要大于0(检测驾驶员完全放松踏板则不介入，模拟状态信号)，同时，钥匙信号处于on档(数字状态信号)。
一种氢燃料电池四轮轮毂电机驱动扭矩矢量控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：通过车辆外形尺寸及整车质量基本参数、车辆姿态数据和路面状态数据，结合车辆二自由度模型，获取车辆理想横摆角速度，该车辆理想横摆角速度作为实时横摆角速度跟随控制目标；
步骤2：角速度测量模块2将车辆实时的横摆角速度、俯仰角速度和翻滚角速度发送给处理器1，三轴向加速度测量模块3将车辆实时的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度发送给处理器1，处理器1根据车辆实时的横摆角速度、俯仰角速度和翻滚角速度，以及车辆实时的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度获取车辆实时车速信息，处理器1从整车控制器7获取驾驶意图信息，处理器1通过驾驶意图信息和车辆实时车速信息得到四轮轮毂电机初始控制力矩(通过控制分配模块(ca)的分配原则力矩分别叠加到四轮上)；
步骤3：设计以实时的车辆横摆角速度和车辆质心侧偏角(车辆质心速度方向与车头指向的夹角)为控制变量的自适应组合二阶滑模控制模型，处理器1通过该自适应组合二阶滑模控制模型控制前轴轮毂电机控制器10和后轴轮毂电机控制器11，实现对整车失稳状态施加附加横摆力矩，将附加横摆力矩补偿在四轮轮毂电机初始控制力矩上；
步骤4：处理器1根据数字信号输入模块5输送的车辆运行状态数字信号和模拟信号输入模块6输送的车辆运行状态模拟信号判断车辆运行工况，在制动工况下，处理器1根据车辆运行状态模拟信号中的制动踏板行程信号，获取理想纵向加速度，理想纵向加速度对时间积分获取理想纵向车速，处理器1将车辆实时车速信息中的车辆纵向速度作为实际纵向车速，处理器1通过理想纵向车速与实际纵向车速作为控制变量的滑模变结构控制模型控制前轴轮毂电机控制器10和后轴轮毂电机控制器11的制动力矩与制动能量回收，实现车辆制动能量回收状态下的四轮补偿制动力矩控制(通过控制分配模块(ca)的分配原则力矩分别叠加到四轮上)；
步骤5：处理器1根据数字信号输入模块5输送的车辆运行状态数字信号和模拟信号输入模块6输送的车辆运行状态模拟信号判断车辆运行工况，在驱动防滑工况下，处理器1采用标准轮胎与路面burckhardt模型以及模糊逻辑推理修正获得理想路面滑转率(根据滑转率与路面附着系数关系可确定峰值附着系数的对应最优滑转率，建立标准轮胎-路面burckhardt模型)，并通过车轮转速、车轮半径和车轮纵向车速获得实际路面滑转率；
将理想的路面滑转率与实际路面滑转率作为处理器1中pid控制的输入，通过路面滑转率的pid反馈控制模型，决策出能将实际滑转率向理想路面滑转率调整的车轮滑转总力矩，在pid反馈控制过程中通过模糊自整定修正pid反馈控制时的比例、积分和微分参数，同时通过pid前馈控制解决路面滑转率的pid反馈控制时的滑转率控制超调问题；处理器1通过控制前轴轮毂电机控制器10和后轴轮毂电机控制器11将车轮滑转总力矩补偿到四个车轮上，实现车辆驱动防滑控制。
上述技术方案的步骤4中，理想纵向车速与实际整车纵向车速作为控制变量的滑模变结构的构建方式为：
通过理想纵向车速与实际纵向车速的误差定义滑模面，采用反正切函数设计滑模趋近规则趋近滑模面；通过滑模面与整车转动惯量的整车动力学关系，获得四轮总的理想力矩；根据前后轮的制动力矩与法向力成正比例关系，最大化利用每个车轮的摩擦力，提升制动能量回收率；利用一元三次多项式来表示制动效率与制动力矩的关系，通过拉格朗日方程解决非线性非凸带约束优化问题，从而确定合适的前轴制动能量转化效率的权重因子、后轴制动能量转化效率的权重因子和滑模运动的稳态振荡幅度的值，并应用一阶泰勒公式，获得趋近滑模面迭代的起始点，确定滑模面系数。由2/π*arctan(λ·s)代替sign(s)实现滑模自身的缺陷抖动问题，其中λ为抖振衰减系数，sign(s)为滑模控制中的符号函数，s表示到达滑模面的趋近速度，滑模控制中，由于符号函数sign(s)的存在，使系统出现不连续开关的特性，容易产生抖振，采用饱和函数sat(x)中的双曲正切函数tanh(x)的有界性和奇偶性，x表示到达滑模面的趋近速度，等同于s，其图形夹在水平直线y＝1及y＝-1之间，y等同于sign(s)，表示以s为自变量的函数值，且当x的绝对值很大时，它的图形在第一象限内接近于直线y＝1，而在第三象限内接近于直线y＝-1。双曲正切函数tanh(x)代替符号函数sgn(x)进行趋近律的设计，抑制系统状态趋近切换面时来回穿越切换面时，在其两侧有限区域内而产生的抖振，保证切换面附近控制输入光滑连续性。
上述技术方案中为获得较平滑的控制变量曲线，通过动态可调的一阶惯性滤波，对干扰和噪声进行滤波，即滤去理想车速、分配给车轮制动力矩的随机干扰信号，有助于提高输出信号的平滑程度和过滤奇异点。其中，针对理想车速的一阶惯性滤波中，一阶惯性滤波的输入为一个采样周期内的理想车速，上一个采样周期内的理想车速、预设滤波系数、时间常数、每个周期的时间，根据一阶惯性滤波算法，分别滤除理想车速干扰信号和奇异点；针对实时的制动力矩的一阶惯性滤波中，惯性滤波的输入为一个采样周期内的制动力矩，上一个采样周期内的制动力矩、预设滤波系数、时间常数、每个周期的时间，根据动态可调的一阶惯性滤波算法，分别滤除制动力矩干扰信号和奇异点。由于一阶惯性滤波算法无法完美地兼顾灵敏度和平稳度，本技术方案引入误差阈值，实现滤波幅度动态可调，在灵敏度和平稳度之间找到平衡点。
上述技术方案的步骤1中，建立描述汽车运动特性的整车二自由度模型，二自由度线性汽车模型横摆角速度对前轮转角响应的传递函数形式为：
其中：
其中，k为汽车稳定性因数(其单位为s2/m2,是表征汽车稳态响应的一个重要参数)、τr为汽车响应时间常数、ωn为系统固有圆频率、ζ为汽车阻尼比、kf为前轴等效侧偏刚度、kr为后轴等效侧偏刚度、iz为汽车转动惯量、ωr为理想横摆角速度、l为轴距、vx为汽车纵向速度、kf为前轮等效侧偏刚度、kr为后轮等效侧偏刚度、m为整车质量、a为质心至前轴的距离、b为质心至后轴的距离、gr为汽车稳定增益、δ为前轮转角、s为传递函数的自变量；上述响应时间常数为1/e，e表示名义基础增长率为1时连续增长的实际增长率；阻尼比是无单位量纲,表示了结构在受激振后振动的衰减形式。可分为等于1,等于0,大于1,0～1之间4种，阻尼比＝0即不考虑阻尼系统，结构常见的阻尼比都在0～1之间；1、阻尼比ξ＝0,称为无阻尼；2、阻尼比0<ξ<1,称为欠阻尼；3、阻尼比ξ＝1,称为临界阻尼；4、阻尼比ξ>1，称为过阻尼。
横摆角速度响应过程可完整表述：
由公式可知，参考横摆角速度包括瞬态、稳态两部分。设定理想阻尼比ξ＝0.707；为了提高汽车转向特性接近中性转向，在原车的基础之上减小参考模型k；为了提高车辆响应速度，在原车的基础之上提高参考模型固有频率。正是因为车辆的横摆角速度与k、ωn、ξ存在着上述关系，因此可以通过三个参数来设计车辆的理想特性，根据汽车参考模型计算出的理想横摆角速度与实际横摆角速度的偏差作为反馈量进行横摆力矩决策，决策出的附加横摆力矩通过力矩分配叠加作用到各个车轮上，实现力矩矢量控制，改善汽车操纵性。
前后轴等效侧偏刚度kf和kr是二自由度模型中的关键参数，通过不同车速下的角脉冲试验，由armax等效侧偏刚度辨别模块计算获得。通过不同车速(40km/h，50km/h，60km/h，70km/h，80km/h)下的角脉冲试验，辨识出不同车速下的前后轴等效侧偏刚度。在获得不同车速对应不同的前后轴等效侧偏刚度前提下，通过线性插值法获得上述两车速之间的前后轴等效侧偏刚度，最终获得车速与前后轴等效侧偏刚度的二维真值表。
扭矩矢量控制器(tvcu)即处理器1通过can信号，从角速度测量模块2(陀螺仪)和三轴向加速度测量模块3(加速度计)中获取的加速度信号，通过对时间积分最终得到的整车纵向速度，作为整车实际车速；由驾驶意图识别模块采集的制动踏板行程解析出来的加速度，通过对时间积分获得的驾驶员期望车速作为整车理想车速。
上述技术方案的步骤3中，横摆角速度、质心侧偏角是两个最基本的反映汽车行驶稳定程度的参考特征量，前者主要侧重汽车稳定性问题的基本特征量，反映汽车行驶过程中航向角变化的快慢，决定汽车的转向特性；后者则侧重汽车轨迹保持问题的基本特征量，反映汽车转向过程中与预定轨迹的偏离程度。本发明中的滑模控制就是基于横摆角速度和质心侧偏角两个控制变量的滑模控制，以整车线性二自由度模型为基础，获取车辆的理想横摆角速度，并以理想横摆角速度作为车辆控制跟随目标，获得补偿横摆力矩，对整车失稳状态施加附加横摆力矩，补偿在轮毂四轮初始控制力矩上，进一步提高整车稳定性。扭矩矢量分配策略模块(tvc)模块决策的补偿附加横摆力矩的控制策略，见发明专利cn201910814242.7《四轮轮毂电机驱动汽车力矩补偿的组合二阶滑模控制方法》。
上述技术方案的步骤5中，根据滑转率与路面附着系数的关系，可确定地面峰值附着系数对应最优滑转率。采用标准轮胎-路面burckhardt模型和模糊逻辑推理修正获得理想的路面最优滑转率；驱动防滑pid控制算法，以最优滑转率及最优滑转率与实际滑转率误差作为pid控制器的输入，通过pid控制模型，将实际滑转率调整到最优滑转率附近；为修正pid反馈时的滑转率控制超调问题，增加最优滑转率变化率(最优滑转率的二阶导数)的判断和pid前馈力矩补偿；传统pid控制体现控制规律的kp、ki、kd三个参数一旦固定并不能在线调整，为保证pid控制的鲁棒性，增加基于模糊控制的p、i、d参数自整定逻辑，通过对p、i、d参数的在线整定，增加pid在非线性状态下的应用鲁棒怀，采用增量型整定结构的驱动防滑p、i、d参数模糊在线自整定控制方法。
决策出的滑转力矩的动态补偿原则：低速行驶滑转保动力性，高速行驶时保横向稳定性，通常情况下两个条件都要满足；不同滑转情况下的补偿逻辑：单轮滑转、同侧滑转、同轴滑转、多轮滑转四种情况。对于单轮滑转，首先同时满足动力性与横向稳定性的原则，进行同侧另外车轮的力矩补偿，当条件不满足时，设置滑转力矩补偿的车速阈值，低于车速阈值主要满足动力性，高于车速阈值满足横摆稳定性要求；同侧车轮滑转，当车速高车速阈值，非滑转侧车轮力矩降低到与滑转侧车轮转矩相等；当车速低于车速阈值，将滑转侧降低的驱动扭矩转移至同侧的对应车轮；同轴车轮滑转，当车速低于车速阈值，将前轮因驱动防滑控制降低的力矩转移到对应的后轴车轮；当车速高车速阈值，设置不平衡扭矩门限tden。左右两个车轮力矩差低于tden不进行力矩转移，当前轴左右侧车轮力矩差大于tden，将不平衡力矩转移至后轴车轮，抵消前轴因防滑控制产生的差扭横摆力矩，防止高速行车非期望横摆力矩产生；多轮车轮滑转，当车速高于车速阈值，力矩控制按照低选原则，四个车轮力矩同时等于最小车轮力矩；车速低于车速阈值，三个车轮滑转，将滑转减小的力矩转移至未滑转的车轮；若四个车轮都滑转则不进行力矩动态补偿。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
1.一种氢燃料电池四轮轮毂电机驱动外挂控制器，其特征在于：它包括处理器(1)、角速度测量模块(2)、三轴向加速度测量模块(3)、数字信号输入模块(5)、模拟信号输入模块(6)和数字高边输出模块(8)，其中，角速度测量模块(2)用于测量车辆实时的横摆角速度、俯仰角速度和翻滚角速度，三轴向加速度测量模块(3)用于测量车辆实时的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度，数字信号输入模块(5)用于将车辆运行状态数字信号传输给处理器(1)，模拟信号输入模块(6)用于将车辆运行状态模拟信号传输给处理器(1)，数字高边输出模块(8)用于在处理器(1)的控制下输出前轴轮毂电机和后轴轮毂电机的硬线使能信号，处理器(1)用于从整车控制器(7)获取驾驶意图信息；
处理器(1)用于根据车辆实时的横摆角速度、俯仰角速度、翻滚角速度、横向加速度、纵向加速度、竖向加速度、车辆运行状态数字信号、车辆运行状态模拟信号和驾驶意图信息进行制动能量回收及驱动防滑控制，生成对应的制动能量回收控制信号和驱动防滑控制信号，处理器(1)根据制动能量回收控制信号控制前轴轮毂电机控制器(10)和后轴轮毂电机控制器(11)实现整车制动能量回收控制功能，处理器(1)根据驱动防滑控制信号控制前轴轮毂电机控制器(10)和后轴轮毂电机控制器(11)实现整车驱动防滑控制功能。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池四轮轮毂电机驱动外挂控制器，其特征在于：它还包括can通讯接口模块(4)，处理器(1)用于通过can通讯接口模块(4)分别连接前轴轮毂电机控制器(10)、后轴轮毂电机控制器(11)和整车控制器(7)。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池四轮轮毂电机驱动外挂控制器，其特征在于：它还包括内部电压监视模块(12)，所述内部电压监视模块(12)用于对处理器(1)的内部电压进行监控。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池四轮轮毂电机驱动外挂控制器，其特征在于：它还包括上电使能与自主断电模块(13)，上电使能与自主断电模块(13)用于在处理器(1)上电时对处理器(1)进行初始化，在处理器(1)下电时控制处理器(1)自主断电。
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池四轮轮毂电机驱动外挂控制器，其特征在于：它还包括数字底边输出模块(9)，数字底边输出模块(9)用于在处理器(1)的控制下输出冷却水泵驱动信号和真空泵继电器驱动信号。
6.根据权利要求1所述的氢燃料电池四轮轮毂电机驱动外挂控制器，其特征在于：处理器(1)根据数字信号输入模块(5)输送的车辆运行状态数字信号和模拟信号输入模块(6)输送的车辆运行状态模拟信号判断车辆运行工况，在制动工况下，处理器(1)根据车辆运行状态模拟信号中的制动踏板行程信号，获取理想纵向加速度，理想纵向加速度对时间积分获取理想纵向车速，处理器(1)将车辆实时车速信息中的车辆纵向速度作为实际纵向车速，处理器(1)通过理想纵向车速与实际纵向车速作为控制变量的滑模变结构控制模型控制前轴轮毂电机控制器(10)和后轴轮毂电机控制器(11)的制动力矩与制动能量回收，实现车辆制动能量回收状态下的四轮补偿制动力矩控制。
7.根据权利要求1所述的氢燃料电池四轮轮毂电机驱动外挂控制器，其特征在于：处理器(1)根据数字信号输入模块(5)输送的车辆运行状态数字信号和模拟信号输入模块(6)输送的车辆运行状态模拟信号判断车辆运行工况，在驱动防滑工况下，处理器(1)采用标准轮胎与路面burckhardt模型以及模糊逻辑推理修正获得理想路面滑转率，并通过车轮转速、车轮半径和车轮纵向车速获得实际路面滑转率；
将理想的路面滑转率与实际路面滑转率作为处理器(1)中pid控制的输入，通过路面滑转率的pid反馈控制模型，决策出能将实际滑转率向理想路面滑转率调整的车轮滑转总力矩，在pid反馈控制过程中通过模糊自整定修正pid反馈控制时的比例、积分和微分参数，同时通过pid前馈控制解决路面滑转率的pid反馈控制时的滑转率控制超调问题；处理器(1)通过控制前轴轮毂电机控制器(10)和后轴轮毂电机控制器(11)将车轮滑转总力矩补偿到四个车轮上，实现车辆驱动防滑控制。
8.一种氢燃料电池四轮轮毂电机驱动扭矩矢量控制方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：通过车辆外形尺寸及整车质量基本参数、车辆姿态数据和路面状态数据，结合车辆二自由度模型，获取车辆理想横摆角速度，该车辆理想横摆角速度作为实时横摆角速度跟随控制目标；
步骤2：角速度测量模块(2)将车辆实时的横摆角速度、俯仰角速度和翻滚角速度发送给处理器(1)，三轴向加速度测量模块(3)将车辆实时的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度发送给处理器(1)，处理器(1)根据车辆实时的横摆角速度、俯仰角速度和翻滚角速度，以及车辆实时的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度获取车辆实时车速信息，处理器(1)从整车控制器(7)获取驾驶意图信息，处理器(1)通过驾驶意图信息和车辆实时车速信息得到四轮轮毂电机初始控制力矩；
步骤3：设计以实时的车辆横摆角速度和车辆质心侧偏角为控制变量的自适应组合二阶滑模控制模型，处理器(1)通过该自适应组合二阶滑模控制模型控制前轴轮毂电机控制器(10)和后轴轮毂电机控制器(11)，实现对整车失稳状态施加附加横摆力矩，将附加横摆力矩补偿在四轮轮毂电机初始控制力矩上；
步骤4：处理器(1)根据数字信号输入模块(5)输送的车辆运行状态数字信号和模拟信号输入模块(6)输送的车辆运行状态模拟信号判断车辆运行工况，在制动工况下，处理器(1)根据车辆运行状态模拟信号中的制动踏板行程信号，获取理想纵向加速度，理想纵向加速度对时间积分获取理想纵向车速，处理器(1)将车辆实时车速信息中的车辆纵向速度作为实际纵向车速，处理器(1)通过理想纵向车速与实际纵向车速作为控制变量的滑模变结构控制模型控制前轴轮毂电机控制器(10)和后轴轮毂电机控制器(11)的制动力矩与制动能量回收，实现车辆制动能量回收状态下的四轮补偿制动力矩控制。
9.根据权利要求8所述的氢燃料电池四轮轮毂电机驱动扭矩矢量控制方法，其特征在于：所述步骤4后还包括步骤5：处理器(1)根据数字信号输入模块(5)输送的车辆运行状态数字信号和模拟信号输入模块(6)输送的车辆运行状态模拟信号判断车辆运行工况，在驱动防滑工况下，处理器(1)采用标准轮胎与路面burckhardt模型以及模糊逻辑推理修正获得理想路面滑转率，并通过车轮转速、车轮半径和车轮纵向车速获得实际路面滑转率；
将理想的路面滑转率与实际路面滑转率作为处理器(1)中pid控制的输入，通过路面滑转率的pid反馈控制模型，决策出能将实际滑转率向理想路面滑转率调整的车轮滑转总力矩，在pid反馈控制过程中通过模糊自整定修正pid反馈控制时的比例、积分和微分参数，同时通过pid前馈控制解决路面滑转率的pid反馈控制时的滑转率控制超调问题；处理器(1)通过控制前轴轮毂电机控制器(10)和后轴轮毂电机控制器(11)将车轮滑转总力矩补偿到四个车轮上，实现车辆驱动防滑控制。
10.根据权利要求8所述的氢燃料电池四轮轮毂电机驱动扭矩矢量控制方法，其特征在于：所述步骤4中，理想纵向车速与实际整车纵向车速作为控制变量的滑模变结构的构建方式为：
通过理想纵向车速与实际纵向车速的误差定义滑模面，采用反正切函数设计滑模趋近规则趋近滑模面；通过滑模面与整车转动惯量的整车动力学关系，获得四轮总的理想力矩；根据前后轮的制动力矩与法向力成正比例关系，最大化利用每个车轮的摩擦力，提升制动能量回收率；利用一元三次多项式来表示制动效率与制动力矩的关系，通过拉格朗日方程解决非线性非凸带约束优化问题，从而确定合适的前轴制动能量转化效率的权重因子、后轴制动能量转化效率的权重因子和滑模运动的稳态振荡幅度的值，并应用一阶泰勒公式，获得趋近滑模面迭代的起始点，确定滑模面系数。
技术总结