[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

本發明公開一種基于縱向力觀測器的車輛質心側偏角魯棒估計方法，包括如下步驟：(1)建立二自由度車輛模型和電驅動輪模型；(2)縱向力觀測器設計；(3)基于縱向力觀測器的車輛質心側偏角魯棒估計。本發明針對分布式驅動電動汽車及其驅動特點，提出了一種新的縱向力估計方法，同時，在縱向力估計的基礎上，考慮輪胎側偏剛度的參數攝動帶來的車輛模型不確定性，設計了魯棒卡爾曼濾波來進行車輛質心側偏角估計。本發明所提出的估計方法能夠充分利用分布式驅動電動汽車的優勢，有效地降低了縱向力估計成本，同時有助于提高未知擾動和復雜工況下質心側偏角估計的魯棒性。

技術領域

本發明屬于電動汽車研究領域，具體涉及一種基于縱向力觀測器的分布式驅動電動汽車質心側偏角魯棒估計方法。

背景技術

近年來，包括電子穩定系統ESP、制動防抱死系統ABS、牽引力控制系統TCS、驅動防滑系統ASR在內的主動安全系統在車輛上應用越來越廣泛。良好的車輛系統閉環控制需要精確可靠的車輛狀態測量值，然而包括質心側偏角在內的一些車輛狀態難以采用車載傳感器直接測量得到，或者考慮到傳感器成本過高的因素，人們越來越傾向于設計可行的觀測器對部分車輛狀態進行準確估計，從而為車輛控制系統提供依據。汽車實際行駛時，包括輪胎側偏剛度在內的車輛參數是實時變化的，這些由于參數攝動帶來的模型不確定性會造成一定程度的車輛建模誤差，從而基于模型的車輛狀態觀測器估計精度也相應收到影響，因此有必要設計車輛質心側偏角的魯棒估計方法。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題提供一種基于縱向力觀測器的車輛質心側偏角魯棒估計方法。本發明針對分布式驅動電動汽車及其驅動特點，提出了一種新的縱向力估計方法，同時，在縱向力估計的基礎上，考慮輪胎側偏剛度的參數攝動帶來的車輛模型不確定性，設計了魯棒卡爾曼濾波來進行車輛質心側偏角估計。本發明所提出的估計方法能夠充分利用分布式驅動電動汽車的優勢，有效地降低了縱向力估計成本，同時有助于提高未知擾動和復雜工況下質心側偏角估計的魯棒性。

本發明的技術方案是：一種基于縱向力觀測器的車輛質心側偏角魯棒估計方法，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；

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，得到的估計量；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；

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。

上述方案中，所述步驟S1中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，v_y為側向車速，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：