[發明專利]一種四輪輪轂電動汽車車速控制方法

有效

• 申請號: 201610196827.3
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105835721B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 辛曉帥;張文建;鄒見效;彭超;張健
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B60L15/20
• 分類號: B60L15/20;B60L15/32
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 溫利平

1.一種四輪輪轂電動汽車車速控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、對電動汽車進行車速估計

(1.1)、基于無軌卡爾曼濾波器(UKF)的車速估計方法

利用采集的車載傳感器信號和帶有密歇根大學高速公路研究所(HSRI)提出的輪胎的非線性三自由度估算模型，對電動汽車的車速進行實時估計；

其中，利用非線性三自由度估算模型得到動力學方程為：

V·x=Vyγ+ay---(1)]]>

V·y=-Vxγ+ay---(2)]]>

γ·=TzIz---(3)]]>

ax=Fx_flcosδ-Fy_flsinδ+Fx_frcosδ-Fy_frsinδ+Fx_rl+Fx_rrm---(4)]]>

ay=Fx_flsinδ+Fy_flcosδ+Fx_frsinδ+Fy_frcosδ+Fy_rl+Fy_rrm---(5)]]>

Tz=a(Fx_flsinδ+Fy_flcosδ)-Tf2(Fx_flcosδ-Fy_flsinδ)+a(Fx_frsinδ+Fy_frcosδ)+Tf2(Fx_frcosδ-Fy_frsinδ)+-bFy_rl-Tr2Fx_rl-bFy_rr+Tr2Fx_rr---(6)]]>

其中，V_x為車輪縱向速度，V_y為車輪側向速度，γ為橫擺角速度，a_x為縱向加速度，a_y為側向加速度，I_z為電動汽車車身繞Z軸的轉動慣量，m為電動汽車質量，δ為前輪轉向角，a為質心到前軸的距離，b質心到后軸的距離，T_z為橫擺轉矩，T_f為前輪輪距，T_r為后輪輪距，F_{x_ij}為車輪縱向力，F_{y_ij}為輪胎側向力，ij＝lf,lr,rl,rr，分別表示左前輪，右前輪，左后輪，右后輪；

根據公式(1)-(6)構建無軌卡爾曼濾波器(UKF)，其狀態方程為:

對UKF的狀態方程離散化，得到離散化后的狀態方程為：

VxVyγaxayTzk=V·x×Δt+VxV·y×Δt+Vyγ·×Δt+φ000k-1+000axayTzk---(7)]]>

量測方程為：

y(t)=h(x(t),v(t))=000100000010001000x(t)---(8)]]> 1

其中，Δt為采樣時間，w(t)為過程激勵噪聲，v(t)為測量觀測噪聲；狀態量控制輸入量：u(t)＝[δ,ω_ij]^T，量測比較量：

通過上述公式(1)-(8)聯合求解，得到UKF車速估計算法估計的車速V_UKF＝V_x；

(1.2)、基于輪速的車速估計方法

根據電動汽車的非驅動輪輪速，得到基于輪速的車速估計V_wheel，V_wheel＝ω_nmR；其中，ω_mn為非驅動輪輪速，R為非驅動輪半徑；

(2)、根據車輪動力學模型，計算非驅動輪的滑移率s_mn：

smn=|ωmnR-VUKF|ωmnR---(9)]]>

(3)、依據當前采用的驅動模式以及非驅動輪的滑移率s_mn，判定當前采用的估計車速方法；

預設非驅動輪滑移的絕對值閾值為A；

當電動汽車采用四驅模式行駛時，采用基于UKF的車速估計方法，得到實時車速V，V＝V_UKF；

當電動汽車采用兩驅模式行駛時，如果非驅動輪的滑移率的絕對值|s_mn|＞A，則非驅動輪處于打滑狀態，采用基于UKF的車速估計方法，得到實時車速V，V＝V_UKF；

當電動汽車采用兩驅模式行駛時，如果非驅動輪滑移率的絕對值|s_mn|≤A，則非驅動輪處于正常運行狀態，則采用基于輪速的車速估計方法，得到實時車速V，V＝V_wheel；

(4)、對電動汽車行駛過程中，車速估計方法切換過程產生的車速跳變進行平滑濾波處理，得到濾波后的車速V^*；

V*=V·(11+τs)---(10)]]>

其中，s為車速估計頻率，τ為濾波時間常數；

(5)、控制車速達到期望車速V_ref

(5.1)、利用PID控制器輸出總轉矩T_c

利用PID控制器對車速V^*與期望車速V_ref間的差值e進行控制，輸出總轉矩T_c，其中，e作為PID控制器的輸入，k_p為PID控制器比例系數，k_i為PID控制器積分系數，k_d為PID控制器微分系數；

(5.2)、根據當前采用的驅動模式以及總轉矩T_c計算各個電機的指令轉矩T_{e_ij}，再將指令轉矩輸入至各電機控制器，進而控制電動汽車車速。