[發明專利]一種基于縱向力觀測器的車輛質心側偏角魯棒估計方法

有效

• 申請號: 201711309619.0
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108287934B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 陳特;陳龍;徐興;蔡英鳳;江昕煒;江浩斌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15;B60W40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于縱向力觀測器的車輛質心側偏角魯棒估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1、建立二自由度車輛模型和電驅動輪模型；

所述二自由度車輛模型的建立包括以下步驟：

建立二自由度的單軌車輛動力學模型，動力學方程為：

式中，v_x為縱向車速，γ為橫擺角速度，β為質心側偏角，C_f、C_r分別為前后輪胎的側偏剛度，m為汽車質量，I_z為繞z軸的轉動慣量，l_f、l_r分別為質心距前軸和后軸的距離；

ΔM_z為四輪輪胎縱向力產生的額外橫擺力矩，表示為：

ΔM_z＝(F_x2-F_x1)b_fcosδ+(F_x1+F_x2)l_fsinδ+(F_x4-F_x3)b_r式二

式中b_f、b_r為半輪距，F_xj,其中j＝1,2,3,4，為編號為j的輪胎所具有的縱向力，編號1、2、3、4分別代表左前輪、右前輪、左后輪和右后輪；

前后橫向輪胎力表示為：

F_yf＝C_fα_f,F_yr＝C_rα_r式三

前后輪輪胎側偏角為：

α_f＝δ_f-l_fγ/v_x-β

α_r＝l_rγ/v_x-β 式四

所述電驅動輪模型的建立包括以下步驟：

單個車輪的旋轉動力學方程為：

式中，ω_j為縱向力F_xj所對應車輪的轉速；J₁為車輪轉動慣量；r為車輪有效半徑；T_Lj為安裝于車輪內輪轂電機的負載力矩；

輪轂電機輸出軸上的轉矩平衡方程為：

輪轂電機等效電路的動態電壓平衡方程為：

式三、四中，J₂為電機轉子的轉動慣量；b為阻尼系數；K_t為電機轉矩常數；i_j為線電流；

u_j為線電壓；R為繞組等效線電阻；L為繞組等效電感；K_a為反電動勢系數；

步驟S2、縱向力觀測器設計，首先通過系統降階構造縱向力重構方程，針對直驅輪轂電機系統含有未知輸入和噪聲的情況，通過對直驅電機系統降階處理實現系統的解耦，從而得到縱向力的解析重構方程：通過縱向力的重構方程先基于倫伯格觀測器設計系統狀態估計器，得到估計量；再根據待估計量含有微分的特點，基于高階滑模觀測器實現子系統狀態量的微分的估計；

所述通過系統降階構造縱向力重構方程具體過程如下：

由式五、六、七聯立得：

其中，J＝J₁+J₂，則電驅動輪模型的系統方程表示為：

y＝Cx+Fv式九b

其中，x，u，d，y，分別為系統狀態量，已知輸入，未知輸入和測量值，w和v為互不相關的零均值白噪聲序列；且有

式九a展開得：

由式十b得縱向力的解析式為：

設P＝D₂^-1，則縱向力的重構方程表示為：

所述步驟S2中基于倫伯格觀測器的系統狀態估計具體包括以下步驟：

式十二中，為狀態量的觀測值，設計倫伯格觀測器如下：

其中，構建一個新的變量：

從而得：

令T＝I-DPC₂，則有

此時，式十三轉化為

針對式十七a含噪聲的情況，設計卡爾曼濾波器KF1實現z的無偏估計，再由式十七b估計得到

所述步驟S2中還包括估計的步驟：

由式十b知：

令

從而得：

設計高階滑模觀測器為：

利用此高階滑模觀測器即得到的微分根據式九設計卡爾曼濾波器KF2，將和作為已知輸入，即估計出驅動輪的縱向力F_xj；

步驟S3、基于縱向力觀測器的車輛質心側偏角魯棒估計，根據所述步驟S2的縱向力觀測器設計方法，設計縱向力觀測器來實時估計車輪的縱向力，并將該縱向力估計值作為計算車輛橫擺力矩的輸入量，且設計魯棒卡爾曼濾波進行車輛質心側偏角估計；

步驟S4、仿真驗證和實驗驗證。