[发明专利]四轮驱动电动汽车路面附着系数估计方法

权利要求书

1.一种四轮驱动电动汽车路面附着系数估计方法，其特征在于：其步骤是：

一、基于公式法的路面附着系数估计：通过HSRI轮胎模型获得准确侧向力信息，获得利用附着系数来间接估计附着系数；

(1)车轮纵向力估计：

①利用单自由度轮胎滚动模型，通过滚动时域估计算法完成轮胎纵向力的估计；首先根据轮胎的纵向动力学方程变形

其中i＝fl,fr,rl,rr分别表示汽车的左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，R_l为轮胎负载半径，近似等于轮胎滚动半径，J_w为转动惯量，为车轮的纵向加速度，T_ti为驱动力矩，T_bi为制动力矩；

②建立车轮系统的状态方程和输出方程：

其中F(t)、B(t)和H(t)分别为状态方程状态变量、控制量和输出方程状态变量的系数矩阵；

③选取状态变量：x＝[ω_xfl F_xfl]^T，分别为车轮转速和纵向力；

选取控制量：u＝[T_ti-T_bi]；

选取观测变量：Y＝[ω_xfl]；

④物理约束如下：

其中R_e为轮胎的滚动半径；

⑤状态方程中相应的系数矩阵：

⑥将上述系统采用前向欧拉法离散化后，采用前述考虑约束的滚动时域估计算法进行估计，其目标函数为：

⑦惩罚阵选取如下：

求取过程如前述，准确估计出轮胎纵向力之后，便可通过HSRI轮胎模型进行侧向力的估计；

(2)车轮侧向力估计

①根据轮胎的纵向与侧向滑移率S_x、S_y，侧偏刚度C_s、C_α，当前附着系数μ以及轮胎纵向力F₂得到参数L：

②当L取不同范围的值时，纵向力与侧向力的计算公式不同

③通过对上述公式变形可以得出纵向力与侧向力的关系如下：

(3)附着系数估计

①选取附着系数及其导数为状态变量：利用附着系数μ_use是路面对轮胎的反作用力矢量和与路面对轮胎法向作用力F_z的比值，如下式所示：

附着系数的硬约束条件如下，应满足μ处于(0,1)区间内；

μ_min＜μ＜μ_max (26)

②轮胎垂向力由下式计算而得，其中F_zfl、F_zfr、F_zrl和F_zrr分别为汽车左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的轮胎垂向力，每个轮胎的垂向力由三部分求和组成：静态转移、俯仰转移以及侧倾转移；

其中，a、b分别为汽车质心到前轴和后轴的距离，t_f和t_r分别为前后轮轮距，K_fφ和K_rφ分别为前后轴侧倾角刚度，a_x和a_y分别为汽车的纵向和侧向加速度，h为汽车质心到地面的距离，e为汽车簧载质量的质心到侧倾中心的距离，为汽车侧倾角；

通过前述滚动时域估计算法，参考轮胎纵向力估计步骤；最终可间接得到附着系数的估计值；二、基于公式变形的路面附着系数估计：通过将HSRI轮胎公式变形，将附着系数隐性化显性，进而进行附着系数估计

①设定两个参数，令：

②则前述的参数L可化为：

③纵向力、侧向力与附着系数的关系，也由隐性变为显性：

F_z的获取与式(27)相同；

④选取系统状态方程：

选取附着系数为状态量为：x＝[μ]

选取观测量为侧向加速度：Y＝[a_y]

⑤观测矩阵：

其中δ_i为第i个(i＝fl,fr,rl,rr)车轮的车轮转角；

⑥采用能处理约束信息的滚动时域估计，目标函数如下：

目标函数已经充分考虑观测值、状态变量以及初始值的误差信息，权重矩阵大小如下：R＝10，Q＝0.1，P＝0.002；

三、算法融合：摒弃步骤一中估计附着系数幅值不够准确且存在波动的缺点，以及步骤二中利用附着系数极小处估计值不准确的弊端，将两种控制策略综合，构成准确有效的路面附着系数估计方法，

将二者融合的最终估计器：

①检测传感器是否检测到幅值变化较大的点，记录下来，并确定是第几次

波动N，标记为Mark_N；

②按前述设计的估计器方法1获取Mark_N-1到Mark_N之间时间段的μ的平均值，即获得该段时间的利用附着系数均值μ_mean(Mark_N-1,Mark_N)；

③筛选出Mark_N-1到Mark_N之间利用附着系数大于平均利用附着系数的点，即μ_use(Mark_N-1,Mark_N)>μ_mean(Mark_N-1,Mark_N)；

④将利用附着系数大于平均利用附着系数的点储存，取方法2中这些点的平均值信息，作为路面附着系数。