[发明专利]四轮驱动电动汽车基于融合技术的质心侧偏角观测方法

说明书

本发明属于电动汽车技术领域，具体说的是一种四轮驱动电动汽车基于融合技术的质心侧偏角观测方法。本发明基于二自由度动力学模型推导出质心侧偏角的稳态表达式；采用递推最小二乘法估计轮胎侧偏刚度；引入UniTire轮胎模型，形成闭环估计回路，同时动态调节稳态模型参数，构建了一种结构简单、对传感器噪声具有良好抑制性的质心侧偏角观测结构。引进运动学观测方法，通过动态特征提取，制定融合规则，改进稳态观测结构的估计带宽，修正后的估计方法具有更好的高频瞬态估计能力。最后通过梯形试验、角阶跃试验和正弦试验在高附着和低附着路面下进行仿真，运用统计学原理对估计结果进行分析，证实了本设计方法的有效性。

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，具体的说是四轮驱动电动汽车基于融合技术的质心侧偏角观测方法。

背景技术

四轮分布驱动电动汽车由于电机力矩响应速度快，控制精度高，各车轮力矩独立可控，适时动力调整方便，一直是学术界和工业界的重要研究方向。

车辆的质心侧偏角作为重要的控制量，与车辆的稳定性密切相关。当采用稳态模型估计质心侧偏角，算法运算量小，但是估计方法受线性轮胎模型的影响，精度不足，同时稳态模型受限于暂态反映不足的影响，高估计带宽，高频瞬态估计能力是需要讨论的。基于运动学的观测方法，其动态估计效果还是可以的，但是运动学方法对于噪声的因素敏感，容易受到噪声因素的影响而产生积分漂移。对采用非线性轮胎模型修正的质心侧偏角观测方法来说，其复杂程度是需要重要考虑的因素，同时有些高精度轮胎模型受模型复杂程度的影响，设计非线性状态观测器时，其数学变换非常复杂，并且估计结果也会受到参数不确定性和轮胎模型误差的影响。为了完善分布驱动电动汽车行驶状态观测的研究，开发一套结构更加简单、有效，具有一定鲁棒性和高估计带宽的质心侧偏角观测方法是需要解决的问题。

发明内容

本发明提供了四轮驱动电动汽车基于融合技术的质心侧偏角观测方法，对四轮驱动电动汽车质心侧偏角估计问题进行研究，通过车辆动力学模型推导出质心侧偏角稳态模型，基于稳态质心侧偏角方程的闭环估计结构以及运用动态特征提取技术形成融合估计方法，实现了对四轮驱动电动汽车质心侧偏角的准确观测。

本发明技术方案结合附图说明如下：

四轮驱动电动汽车基于融合技术的质心侧偏角观测方法，该观测方法包括以下步骤：

步骤一、基于二自由度动力学模型建立质心侧偏角稳态模型；具体如下：

式中，l_r为质心到后轴距离；l_f为质心到前轴距离；δ_f为前轮转角；m_t为整车质量；K_r为后轮侧偏刚度；c_k为在轮胎辨识实验确定的参数；a_y为车身的侧向加速度；I_z为车身绕z轴等效转动惯量；f(T_i)为由四轮电机力矩反馈计算得到的横摆角加速度。

步骤二、利用递推最小二乘估计算法对步骤一中质心侧偏角稳态模型的轮胎侧偏刚度进行更精确的估计，基于最小二乘法的轮胎侧偏刚度估计具体如下：

式中，m_t为整车质量；a_y为侧向加速度；F_yf为前轮轮胎侧向力；为后轮轮胎侧向力；l_r为质心到后轴距离；l_f为质心到前轴距离；k为前轮轮胎垂向力与后轮轮胎垂向力比值；I_z为车身绕z轴等效转动惯量；为横摆角加速度；δ_f为前轮转角；r为车身的横摆角速度；V_x为车身纵向速度；ΔK_r为前轮增量侧偏刚度；y(k)为输出项；为输入项；θ(k)为待辨识参数。

步骤三、将UniTire轮胎模型引入到由步骤一和步骤二设计的观测器回路中，形成闭环结构；