[發(fā)明專利]一種基于滑模觀測器的車輛非轉(zhuǎn)向左后輪線速度估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310721803.1
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103661398A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李旭;陳偉;宋翔;徐啟敏
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B60W40/105
• 分類號: B60W40/105
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所 32250
• 代理人: 王斌

1.一種基于滑模觀測器的車輛非轉(zhuǎn)向左后輪線速度估計方法，其特征在于：具體步驟如下：

1）建立非轉(zhuǎn)向左后輪線速度滑模觀測器

當(dāng)車輛加速或勻速運行時，對于左后輪，采用車輪動力學(xué)模型，該模型的狀態(tài)空間方程為：

x·1=f1(x1,x2)+TlRJlx·2=f2(x1,x2)---(1)]]>

式（1）中x₁和x₂是滑模觀測器的狀態(tài)量，并且x₁＝ω_lR，ω_lR表示左后輪的角速度，表示左后輪的線速度,T_lR為左后輪的扭矩，J_l為左后輪轉(zhuǎn)動慣量，f1(x1,x2)=-RlRClxJl(1-x2RlRx1),]]>f2(x1,x2)=Clxml(1-x2RlRx1).]]>在f₁(x₁,x₂)和f2(x₁,x₂)的表達(dá)式中，R_lR為左后輪的有效半徑，C_lx為左后輪的縱向輪胎剛度，m_l為左后輪1/4車輛模型的等效質(zhì)量；

左后輪角速度x₁可以通過角速度傳感器測得，而左后輪線速度x₂無法直接測得，需要通過滑模觀測器進(jìn)行估計；

對式（1）所示車輪動力學(xué)模型，建立如下的滑模觀測器模型：

x^·1=f1(x^1,x^2)+l1s1+k1sgn(s1)x^·2=f2(x^1,x^2)+τ1sgn(s1)---(2)]]>

式（2）中，和分別表示x₁和x₂的估計值，l₁是滑模面之外的誤差收斂增益，k₁和τ₁則表示滑模面上的誤差收斂增益，sgn(.)表示sign函數(shù)，滑動函數(shù)s₁定義為可測量狀態(tài)x₁和觀測器估計值之間的差值，即：

s1=x1-x^1---(3)]]>

當(dāng)車輛減速運行時，對于左后輪，采用車輪動力學(xué)模型，該模型的狀態(tài)空間方程為：

x·3=f3(x3,x4)+TlRJlx·4=f4(x3,x4)---(4)]]>

式（4）中x₃和x₄是滑模觀測器的狀態(tài)量，并且x₃＝ω_lR，f3(x3,x4)=-RlRClxJl(RlRx3x4-1),]]>f4(x3,x4)=Clxml(RlRx3x4-1);]]>

左后輪角速度x₃可以通過角速度傳感器測得，而左后輪線速度x₄無法直接測得，需要通過滑模觀測器進(jìn)行估計；

對式（4）所示車輪動力學(xué)模型，建立如下的滑模觀測器模型：

x^·3=f3(x^3,x^4)+l2s2+k2sgn(s2)x^·4=f4(x^3,x^4)+τ2sgn(s2)---(5)]]>

式（5）中，和分別表示x₃和x₄的估計值，l₂是滑模面之外的誤差收斂增益，k₂和τ₂則表示滑模面上的誤差收斂增益，sgn(.)表示sign函數(shù)，滑動函數(shù)s₂定義為可測量狀態(tài)x₃和觀測器估計值之間的差值，即：

s2=x3-x^3---(6)]]>

為了避免符號函數(shù)引起過度的震蕩，在實際估計過程中，上述式（2）和式（5）中出現(xiàn)的sgn(.)函數(shù)用下面的sgn_eq(.)函數(shù)取代，

sgn_eq(s₁)＝tanh(μs₁)

sgn_eq(s₂)＝tanh(μs₂)???????????????????????（7）

其中tanh(.)是雙曲正切函數(shù)，μ是一個用來調(diào)整雙曲正切函數(shù)傾斜度的設(shè)計參數(shù)；

2）確定滑模觀測器的各個增益

對于式（2）和式（5）所表示的滑模觀測器，增益l₁、k₁、τ₁、l₂、k₂和τ₂由下面的式子確定

l1>∂f1∂x1,k1>|∂f1∂x2x~2|+|TlRJ1|+η1---(8)]]>

l2>∂f3∂x3,k2>|∂f3∂x4x~4|+|TlRJl|+η2---(9)]]>

τ₁＝τ₂＝0??????????????????????????????????????????????????????（10）

式（8）和式（9）中，表示f₁(x₁,x₂)對x₁求偏導(dǎo)數(shù)，表示f₁(x₁,x₂)對x₂求偏導(dǎo)數(shù)，表示f₃(x₃,x₄)對x₃求偏導(dǎo)數(shù)，表示f₃(x₃，x₄)對x₄求偏導(dǎo)數(shù)，η₁和η₂為任意給定的正數(shù)；

3）進(jìn)行離散化的估計遞推

在實際的估計過程中，需要采用離散化的估計遞推形式，為此將加速或勻速情況下左后輪線速度滑模觀測器式（2）和減速情況下左后輪線速度滑模觀測器式（5）進(jìn)行離散化處理；

在車輛加速或勻速情況下，左后輪線速度滑模觀測器式（2）的離散化形式為：

x^1(k)=x^1(k-1)-TRlRClxJl(1-x^2(k-1)RlRx^1(k-1))+Tl1(ωlR′(k-1)-x^1(k-1))+Tk1tanh(μωlR′(k-1)-μx^1(k-1))x^2(k)=x^2(k-1)+TClxml(1-x^2(k-1)RlRx^1(k-1))---(11)]]>

在車輛減速情況下，左后輪線速度滑模觀測器式（5）的離散化形式為：

x^3(k)=x^3(k-1)-TRlRClxJl(RlRx^3(k-1)x^4(k-1)-1)+Tl2(ωlR′(k-1)-x^3(k-1))+Tk2tanh(μωlR′(k-1)-μx^3(k-1))x^4(k)=x^4(k-1)+TClxml(RlRx^3(k-1)x^4(k-1)-1)---(12)]]>

在式（11）和式（12）中，k表示離散化時刻，T表示離散的周期，ω′_lR表示通過角速度傳感器測得的左后輪角速度，表示加速或勻速情況下估計的k時刻左后輪線速度，表示減速情況下估計的k時刻左后輪線速度。