本發明涉及電動運載裝備線控底盤控制的，尤其涉及一種電動運載裝備線控底盤多域協同防側翻控制方法。
背景技術：
1、隨著電動運載裝備的發展，線控底盤技術逐步在車輛穩定性控制中得到應用，尤其在電動汽車和無人駕駛領域，線控底盤由于其靈活的操控性和高精度的控制能力，成為提升車輛安全性的重要技術手段。然而，在實際駕駛過程中，車輛側翻的風險依然存在，特別是在高速轉彎、緊急避障或惡劣路況下，車輛的側向力過大時，容易引發側翻事故。傳統的防側翻系統，如電子穩定程序(esp)，主要依賴于制動力調節來預防側翻，但這種單一控制方式在面對復雜動態工況時往往表現不足，無法有效應對多種不穩定因素。
2、近年來，電動運載裝備中引入了諸如四輪獨立轉向、輪轂電機差速轉向等新技術，這些技術為防側翻控制帶來了新的機遇。在現有的防側翻控制方法中，多數防側翻策略僅依賴單一控制技術，如電子穩定程序(esp)、主動懸掛系統或差速制動等，而未能充分融合多種控制技術的優勢。這種單一技術依賴的方法在應對多變的道路條件或突發事件時，往往無法達到最佳的控制效果，難以滿足車輛在極端工況下對綜合動力學性能的需求。盡管少數研究嘗試采用多種控制技術進行防側翻控制，但這些研究往往缺乏對不同技術手段在實際應用中的優先級和使用頻率的詳盡討論和優化。因此，為了提高防側翻系統的整體效能和適應性，迫切需要一種能夠在多域間協同工作的防側翻控制方法，實現對車輛側向力和橫擺力矩的精確控制，并明確各種控制技術在綜合防側翻策略中的協同作用、優先級排序及其動態調整機制，從而提高車輛在復雜工況下的穩定性和安全性。
3、現有的底盤防側翻控制方法研究已有多項突破。例如，中國發明專利申請號為cn201611254300.8，名稱為“一種四輪轉向車輛防側翻系統及其控制方法”中，提出了一種通過前輪差速制動模塊進行防側翻控制，并通過后輪轉向模塊保持駕駛員的原有駕駛意圖，避免了傳統防側翻控制時未考慮駕駛意圖而可能導致的二次事故的方法，增強了系統的魯棒性及控制器輸出的最小化；中國發明專利申請號為cn201811557669.5，名稱為“一種基于模型預測控制的汽車防側翻方法”，該方法通過將橫向載荷轉移率和預設的橫向載荷轉移率閾值作比較，根據這兩者的比較結果調整車輛的前輪轉角、控制四個車輪的制動力從而實現防側翻控制；中國發明專利申請號為cn202011030509.2，名稱為“分布式驅動電動汽車的防側翻綜合控制方法”，該方法通過使用橫擺穩定性控制、側傾穩定性控制、解耦控制的轉矩分配策略和基于差動制動的防側翻控制四種控制策略聯合控制,同時控制車輛驅動力與制動力,從而實現分布式驅動電動汽車的防側翻綜合控制；中國發明專利申請號為cn201610552073.0，名稱為“一種融合車速變化的四輪轉向汽車防側翻控制系統”，該方法通過加入工況判別單元,采用不多用控制模式,根據車速,車輪轉角,側傾角速度等參數進行工況判別,通過差動制動和四輪轉向執行機構進行車輛行駛狀態的調整,進而改變車輛的狀態,達到抑制側翻的效果。
4、然而，上述的幾種防側翻控制方法存在如下兩點潛在問題：
5、1.單一控制域的局限性：盡管現有技術如中國發明專利申請號cn201611254300.8：“一種四輪轉向車輛防側翻系統及其控制方法”和中國發明專利申請號cn201811557669.5：“一種基于模型預測控制的汽車防側翻方法”通過特定的控制策略(如差速制動和模型預測控制)來增強車輛的穩定性，但這些方法主要依賴單一控制域，如制動系統或轉向系統。這種依賴單一控制域的方法可能在面對復雜的動態工況或多變的路面條件時，無法提供全面的穩定性支持。此外，單一控制手段可能無法充分利用車輛其他潛在的控制資源，如懸掛系統或動力系統的協同控制，從而限制了整體防側翻性能的提升。
6、2.缺乏動態優先級和使用頻率的優化：現有技術如中國發明專利申請號cn202011030509.2：“分布式驅動電動汽車的防側翻綜合控制方法”和中國發明專利申請號cn201610552073.0：“一種融合車速變化的四輪轉向汽車防側翻控制系統”中雖然提出了多控制策略的集成使用，但這些方法往往缺乏對不同控制策略之間優先級和使用頻率的動態調整機制。在實際駕駛中，車輛可能面臨多種緊急情況，需要系統能夠根據實時的車輛狀態和外部環境動態調整控制策略的應用，以確保在各種工況下都能實現最佳的防側翻效果。缺乏這種動態調整能力可能導致控制資源的浪費或在關鍵時刻無法提供有效的控制。
技術實現思路
1、本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本技術的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。
2、鑒于上述現有電動運載裝備線控底盤多域協同防側翻控制方法存在的問題，提出了本發明。
3、因此，本發明目的是提供一種電動運載裝備線控底盤多域協同防側翻控制方法，其通過集成四輪獨立轉向、輪轂電機差速轉向和esp系統，提出了一種綜合調控車輛側向力和橫擺力矩的策略，旨在提升車輛在高速轉彎、緊急避障及復雜路況下的行駛穩定性和安全性。本發明的多域協同控制策略突破了傳統單一域控制的局限，并提供了可靠的控制策略的優先級和使用頻率方法，為電動運載裝備在復雜動態工況下提供了更加可靠的防側翻解決方案。
4、為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種電動運載裝備線控底盤多域協同防側翻控制方法，包括以下步驟：
5、步驟一：構建側翻風險評估與控制策略選擇方法，通過實時計算車輛的橫擺角速度、側向加速度等關鍵參數，評估車輛的側翻風險，建立側翻風險指數模型；基于該模型，結合車輛的重心位置、行駛速度和轉向角度因素，判斷車輛是否接近側翻臨界狀態，得到側翻臨界閾值；
6、步驟二：基于步驟一中的側翻風險指數模型和側翻臨界閾值，建立多域協同防側翻控制模型，通過對獨立轉向、輪轂電機差速轉向和esp制動控制系統的協同調度，實現對側翻風險的主動干預；具體包括通過四輪獨立轉向系統調整前后輪轉向角度，以提供額外的側向力來平衡車身，并通過輪轂電機差速轉向系統改變車輛橫擺力矩，幫助車輛恢復穩定，同時由esp系統調整各個車輪的制動力，以進一步優化橫擺特性；
7、步驟三：基于步驟二中的多域協同防側翻控制模型，中央控制單元動態分配各個子系統的控制優先級；中央控制單元通過實時監測和計算側翻風險指數，對四輪獨立轉向系統、輪轂電機差速轉向系統、esp系統進行優先級設定和動態調整；
8、步驟四：基于步驟三中的優先級動態分配和控制策略執行結果，中央控制單元利用模糊邏輯控制算法協調各子系統間的復雜交互關系，確保四輪獨立轉向和輪轂電機差速轉向等系統在不同工況下的協調一致；同時，通過自適應控制算法，依據車輛的實時狀態和歷史數據，動態調整各個子系統的控制參數，最終實現多域協同防側翻的精確控制和故障容錯能力的提升。
9、作為本發明所述電動運載裝備線控底盤多域協同防側翻控制方法的一種優選方案，其中：所述步驟一具體包括：
10、11)基于車輛的行駛速度v和轉彎半徑r，計算車輛的側向加速度ay，用于實時評估側翻風險，如式所示：
11、
12、12)基于11)中的側向加速度ay和車輛的橫擺角速度ωz，結合車輛的重心高度hc，計算側翻風險指數rri，如式所示，其中α為側向加速度系數，β為橫擺角速度系數：
13、
14、13)基于12)中計算得到的rri和車輛的重心高度hc、車身寬度w、行駛速度v，計算側翻臨界閾值λrri，如式所示，其中k1為速度相關系數：
15、
16、作為本發明所述電動運載裝備線控底盤多域協同防側翻控制方法的一種優選方案，其中：所述步驟二具體包括：
17、21)基于步驟一中的側翻風險指數rri，通過四輪獨立轉向系統調整前后車輪的轉向角度，如式所示：
18、δfl＝δ0+kfl·rri
19、δfr＝δ0+kfr·rri
20、δrl＝δ0-krl·rri
21、δrr＝δ0-krr·rri
22、其中，δ0為當前車輪轉向角度，kfl為左前輪側偏剛度，kfr為右前輪側偏剛度，krl為左后輪側偏剛度，krr為右后輪側偏剛度；
23、22)基于21)中的轉向角度，使用輪轂電機差速系統通過扭矩差δt調整車輛的橫擺力矩mz，如式所示，其中kd為控制器增益參數：
24、
25、23)基于22)中的橫擺力矩mz和橫擺角速度ωz，通過esp系統調整每個車輪的制動力fbi，如式所示：
26、
27、其中，δωz為橫擺角速度變化量，為最大橫擺角速度，fz為車輛總垂向力，μi為制動力輔助系數。
28、作為本發明所述電動運載裝備線控底盤多域協同防側翻控制方法的一種優選方案，其中：所述步驟三具體包括：
29、31)基于步驟二中的rri值和各子系統的重要性，計算每個子系統的優先級pi，如式所示，其中，wi為優先級權重：
30、
31、.............32)基于31)中的優先級pi，動態調整各子系統的控制頻率fi，如式所示，其中，fbase為子系統基頻，kp為優先級系數：
32、fi＝fbase+kp·pi
33、33)基于32)中的控制頻率fi，中央控制單元根據優先級設定執行順序，以確保高優先級系統的快速響應。
34、作為本發明所述電動運載裝備線控底盤多域協同防側翻控制方法的一種優選方案，其中：所述步驟四具體包括：
35、41)基于步驟三中的優先級pi，使用模糊邏輯控制算法調整各子系統的輸出，以協調車輛的整體穩定性，模糊控制輸出如式所示：
36、
37、42)基于41)中的模糊控制輸出，使用自適應控制算法實時調整每個子系統的控制參數θi，如式所示，其中，γ為rri系數：
38、
39、43)基于42)中的自適應控制算法，結合歷史數據與實時數據優化控制策略，提高系統的容錯性和適應性。
40、作為本發明所述電動運載裝備線控底盤多域協同防側翻控制方法的一種優選方案，其中：電動運載裝備線控底盤多域協同防側翻控制方法應用于電動運載裝備線控底盤，包括：獨立轉向系統、輪轂電機差速轉向系統、esp制動穩定性控制系統、底盤防側翻域控制器以及供電單元；
41、所述獨立轉向系統包括轉向電機、轉向電機控制器、二級蝸輪蝸桿減速機構、一級行星齒輪減速機構、轉向主銷立柱、轉角傳感器、車輪、轉向節、車架、軸承、底盤防側翻域控制器，所述轉向電的輸出軸與一級行星齒輪減速機構的輸入端相連，所述一級行星齒輪減速機構與二級蝸輪蝸桿減速機構機械連接，所述二級蝸輪蝸桿減速機構與轉向主銷立柱相連，確保轉向電機的輸出力矩通過蝸桿傳遞至轉向主銷立柱，實現對車輪轉向的精確控制；所述轉向主銷立柱的上端通過軸承與車架連接，下端與車輪的轉向節相連，所述轉向節與車輪機械連接；所述轉角傳感器安裝在轉向機械結構的適當位置，用于實時監測轉向主銷立柱的轉角，并將數據反饋給轉向電機控制器，所述轉向電機控制器將數據傳遞給底盤防側翻域控制器以實現閉環控制；
42、所述輪轂電機差速轉向系統包括輪轂電機、制動盤、齒輪組一級減速機構、滾珠絲杠二級減速機構、制動電機、下叉臂、立柱、轉向臂、上叉臂、減振器、車架安裝點；所述輪轂電機直接與車輪機械連接，通過控制每個輪轂電機的轉速，實現不同車輪之間的差速，從而達到差速轉向的效果；所述制動電機與齒輪組一級減速機構機械連接，所述滾珠絲杠二級減速機構與齒輪組一級減速機構機械連接，滾珠絲杠二級減速機構與制動盤機械連接從而實現制動；
43、所述esp制動穩定性控制系統包括制動電機、滾珠絲杠減速機構、傳感器、輪轂電機、制動盤總成、機械電子增力機構、多級齒輪減速機構、制動控制器、制動踏板位置傳感器、制動踏板、油門踏板、油門踏板位置傳感器、底盤防側翻域控制器；所述制動電機與滾珠絲杠減速機構機械連接，所述滾珠絲杠減速機構與機械電子增力機構機械連接，所述機械電子增力機構與多級齒輪減速機構機械連接，所述多級齒輪減速機構與制動盤總成通過機械結構連接從而提供制動力，所述輪轂電機機械嵌入在車輪中，所述傳感器安裝在車輪總成上用于輪速的測量；
44、所述底盤防側翻域控制器包括橫擺角傳感器、側傾角傳感器、中央控制單元和側翻抑制執行機構；橫擺角傳感器和側傾角傳感器布置在車輛內，實時監測車輛的橫擺角速度和側傾角度，并將數據傳輸至中央控制單元；中央控制單元基于傳感器提供的數據，分析車輛的運動狀態，判斷是否存在側翻風險，并計算出相應的側翻抑制策略；
45、所述供電單元包括動力電池組、dc-dc轉換器、能量管理系統和線纜網絡；動力電池組提供整個線控底盤系統的主要電源，通過dc-dc轉換器將高壓電轉換為適合各子系統使用的低壓電；能量管理系統負責監測和管理電池的充放電狀態，確保供電單元穩定運行，并通過線纜網絡將電能分配至各個子系統；線纜網絡將供電單元與獨立轉向系統、輪轂電機差速轉向系統、esp制動穩定性控制系統和底盤防側翻域控制器相連，確保各系統獲得穩定的電力供應。
46、作為本發明所述電動運載裝備線控底盤多域協同防側翻控制方法的一種優選方案，其中：所述立柱與制動電機機械連接，立柱上段與上叉臂機械連接，下端與下叉臂機械連接；所述轉向臂下端與上叉臂、下叉臂機械連接，轉向臂上段與所述二級蝸輪蝸桿減速機構機械連接；所述減振器下端與立柱機械連接，上段與轉向臂機械連接；所述轉向電機與轉向電機控制器為一體鑄造件，轉向電機與一級行星齒輪減速機構機械連接，所述一級行星齒輪減速機構與二級蝸輪蝸桿減速機構機械連接；所述二級蝸輪蝸桿減速機構上端與車架安裝點機械連接；所述轉向電機控制器與底盤防側翻域控制器can總線連接。
47、作為本發明所述電動運載裝備線控底盤多域協同防側翻控制方法的一種優選方案，其中：所述制動踏板位置傳感器與油門踏板位置傳感器機械安裝于制動踏板與油門踏板上，所述制動踏板位置傳感器、油門踏板位置傳感器與制動控制器通過can總線連接，所述制動控制器與機械電子增力機構通過can總線連接從而通過發送與接收信號控制制動力，所述制動控制器與底盤防側翻域控制器通過can總線連接從而接收控制信號，所述輪速傳感器通過與底盤防側翻域控制器can總線連接從而接收信號。
48、作為本發明所述電動運載裝備線控底盤多域協同防側翻控制方法的一種優選方案，其中：所述側翻抑制執行機構包括電子穩定桿、液壓側翻抑制器和控制電路，中央控制單元生成的控制信號通過控制電路驅動電子穩定桿和液壓側翻抑制器工作，調整車輛的懸掛系統和側向支撐力，以抑制車輛的側翻趨勢。
49、本發明的有益效果：
50、1、本發明通過基于車輛的行駛速度、轉彎半徑、重心高度和橫擺角速度，實時計算側向加速度和側翻風險指數。該評估模型能夠動態反映車輛在不同工況下的側翻風險，使得系統能夠迅速感知并響應車輛的狀態變化。
51、2、通過計算側翻臨界閾值，能夠提前預判車輛接近側翻的狀態，給出預警信號。這使得防側翻控制具有前瞻性，能夠提前采取有效的穩定措施，減少事故發生的可能性。
52、3、本發明結合了四輪獨立轉向、輪轂電機差速控制和esp系統，基于實時計算的側翻風險指數，動態調整車輛各個子系統的控制參數。通過這些子系統的協同工作，車輛的穩定性得到了顯著提升，特別是在極端工況下，能夠有效防止車輛失控或側翻。
53、4、通過優先級動態分配模型，能夠根據各個子系統對車輛穩定性的貢獻實時調整控制指令的執行順序和頻率。該機制確保了在側翻風險較高時，優先響應最關鍵的子系統，優化了控制資源的分配，增強了車輛的安全性和響應速度。
54、5、本發明引入模糊邏輯控制和自適應控制算法，通過模糊控制規則的動態調整，能夠靈活應對不同的車輛工況。同時，自適應控制算法通過學習歷史數據和實時狀態，自動優化各個子系統的控制參數，增強了系統的自我學習能力，提高了車輛的防側翻能力和適應性。
55、6、通過結合模糊邏輯控制和自適應控制算法，本發明不僅能夠在實時調整控制策略的基礎上自我優化，還能夠在復雜多變的工況下保持系統的穩定性和容錯性，有效減少由于車輛狀態變化或環境變化引發的側翻風險。