[發明專利]一種四輪獨立驅動電動汽車參考車速容錯自適應估計方法

有效

• 申請號: 201911030631.7
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN111062088B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 殷國棟;任彥君;沈童;陳浩;梁晉豪;羅凱;黃澤豪;劉昊吉;盧彥博;莊偉超;耿可可;王金湘;張寧
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F17/16;G06F17/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐爾東

本發明涉及一種四輪獨立驅動電動汽車參考車速容錯自適應估計方法，選用魯棒自適應Kalman濾波參考車速估計模塊以及基于規則邏輯的參考車速估計模塊兩種模塊進行估計，其中，將基于規則邏輯的參考車速估計模塊作為魯棒自適應Kalman濾波參考車速估計模塊的備份，在Kalman濾波發散時，基于規則邏輯的方法可以對Kalman濾波進行替代進行輸出；本發明對預設參數依賴性小、估計精度高、工況適應性好、容錯能力強，不但能夠實現車輪抱死、打滑、坡道行駛、轉向行駛等多種復雜工況下的車速估計，而且滿足了汽車控制系統軟件設計的功能安全要求，可靠性得到有效保證。

技術領域

本發明涉及一種四輪獨立驅動電動汽車參考車速容錯自適應估計方法，屬于新能源汽車設計與制造領域。

背景技術

以輪轂電機為動力單元的四輪獨立驅動電動汽車，憑借其簡化的底盤結構、快速的扭矩響應以及準確的控制執行成為了業內公認的未來電動汽車發展方向之一；縱向車速是電動汽車底盤控制中的重要狀態信息，其對于整車控制器的踏板信號解析、車輪的防滑(防抱死)控制以及轉矩分配策略均有重要參考價值，因此汽車行業又將縱向車速稱為“參考車速”；受制于制造成本和整車布置等因素，接觸式五輪儀、多普勒雷達等能夠直接測量車輛參考車速的感知設備無法成為量產汽車的標配傳感器。而全球定位系統(GPS)和慣性單元(IMU)構成的組合導航系統盡管已經在自動駕駛車輛中得到應用，但GPS信號受環境影響大且精度不高，系統生成車速信號的更新頻率、穩定性和準確性都難以滿足車輛底盤的實時控制需求(例如車輪防滑控制)；同時組合導航系統成本也十分高昂，難以成為一種通用的解決方案。因此，現有汽車產品通常選擇采集非驅動輪的輪速信號來估計參考車速，以避免驅動輪滑移對參考車速估計準確性的影響；對于不存在非驅動輪的四輪獨立驅動電動汽車，如何從包含車輪滑移的輪速信號中恢復出準確的車速信號已經成為汽車控制工程師面臨的一項嚴峻挑戰。

目前，針對四驅汽車的參考車速估計方法主要有兩種思路；以動態斜率法為代表的基于規則的估計方法，其本質屬于對問題物理特性進行直觀處理的經驗性方法，優勢在于可靠性高，但估計準確性一般且對測量噪聲缺乏有效的應對手段；為了充分利用先驗的噪聲統計特性實現參考車速的高精度估計，Kalman濾波技術在世界范圍內得到了廣泛關注。然而，基于經典Kalman濾波設計的參考車速估計方法，對過程噪聲和測量噪聲的建模準確性要求很高，當車輪打滑或抱死時該方法并不適用，模型失配引發的濾波發散現象使得經典Kalman濾波的工況適應性極為脆弱，難以滿足汽車產品的應用需求。基于非線性動力學方程建立的廣義車輛狀態Kalman濾波觀測器，例如擴展Kalman濾波、無跡Kalman濾波等方法依賴車輛動力學和輪胎力的準確建模，而且這類廣義估計方法用于計算的矩陣維數通常很高，往往還需要在線求解雅克比矩陣，對車載控制器的計算能力提出了苛刻條件，這些無疑阻礙了該技術的工程應用。

此外，汽車部件在使用過程中不可避免地會出現系統故障，現有技術對傳感器失效、信號數值異常和通信錯誤等情況考慮尚不充分，系統可靠性有待提高；同時必須清醒地認識到，傳統四驅車的輪速信息只能通過輪速傳感器獲取，對于輪轂電機驅動的四輪獨立驅動電動汽車，電機控制器反饋的電機轉速信息也能夠用于參考車速的估計。因此，亟須建立一種能夠融合電機轉速信息、建模要求不高且對建模誤差和環境動態變化適應性較強、具備良好容錯性能和系統可靠性的參考車速估計方法。

發明內容

本發明提供一種四輪獨立驅動電動汽車參考車速容錯自適應估計方法，對預設參數依賴性小、估計精度高、工況適應性好、容錯能力強，不但能夠實現車輪抱死、打滑、坡道行駛、轉向行駛等多種復雜工況下的車速估計，而且滿足了汽車控制系統軟件設計的功能安全要求，可靠性得到有效保證。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種四輪獨立驅動電動汽車參考車速容錯自適應估計方法，包括以下步驟：