[发明专利]一种四轮轮毂电动汽车车速控制方法

权利要求书

1.一种四轮轮毂电动汽车车速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、对电动汽车进行车速估计

(1.1)、基于无轨卡尔曼滤波器(UKF)的车速估计方法

利用采集的车载传感器信号和带有密歇根大学高速公路研究所(HSRI)提出的轮胎的非线性三自由度估算模型，对电动汽车的车速进行实时估计；

其中，利用非线性三自由度估算模型得到动力学方程为：

V·x=Vyγ+ay---(1)]]>

V·y=-Vxγ+ay---(2)]]>

γ·=TzIz---(3)]]>

ax=Fx_flcosδ-Fy_flsinδ+Fx_frcosδ-Fy_frsinδ+Fx_rl+Fx_rrm---(4)]]>

ay=Fx_flsinδ+Fy_flcosδ+Fx_frsinδ+Fy_frcosδ+Fy_rl+Fy_rrm---(5)]]>

Tz=a(Fx_flsinδ+Fy_flcosδ)-Tf2(Fx_flcosδ-Fy_flsinδ)+a(Fx_frsinδ+Fy_frcosδ)+Tf2(Fx_frcosδ-Fy_frsinδ)+-bFy_rl-Tr2Fx_rl-bFy_rr+Tr2Fx_rr---(6)]]>

其中，V_x为车轮纵向速度，V_y为车轮侧向速度，γ为横摆角速度，a_x为纵向加速度，a_y为侧向加速度，I_z为电动汽车车身绕Z轴的转动惯量，m为电动汽车质量，δ为前轮转向角，a为质心到前轴的距离，b质心到后轴的距离，T_z为横摆转矩，T_f为前轮轮距，T_r为后轮轮距，F_{x_ij}为车轮纵向力，F_{y_ij}为轮胎侧向力，ij＝lf,lr,rl,rr，分别表示左前轮，右前轮，左后轮，右后轮；

根据公式(1)-(6)构建无轨卡尔曼滤波器(UKF)，其状态方程为:

对UKF的状态方程离散化，得到离散化后的状态方程为：

VxVyγaxayTzk=V·x×Δt+VxV·y×Δt+Vyγ·×Δt+φ000k-1+000axayTzk---(7)]]>

量测方程为：

y(t)=h(x(t),v(t))=000100000010001000x(t)---(8)]]> 1

其中，Δt为采样时间，w(t)为过程激励噪声，v(t)为测量观测噪声；状态量控制输入量：u(t)＝[δ,ω_ij]^T，量测比较量：

通过上述公式(1)-(8)联合求解，得到UKF车速估计算法估计的车速V_UKF＝V_x；

(1.2)、基于轮速的车速估计方法

根据电动汽车的非驱动轮轮速，得到基于轮速的车速估计V_wheel，V_wheel＝ω_nmR；其中，ω_mn为非驱动轮轮速，R为非驱动轮半径；

(2)、根据车轮动力学模型，计算非驱动轮的滑移率s_mn：

smn=|ωmnR-VUKF|ωmnR---(9)]]>

(3)、依据当前采用的驱动模式以及非驱动轮的滑移率s_mn，判定当前采用的估计车速方法；

预设非驱动轮滑移的绝对值阈值为A；

当电动汽车采用四驱模式行驶时，采用基于UKF的车速估计方法，得到实时车速V，V＝V_UKF；

当电动汽车采用两驱模式行驶时，如果非驱动轮的滑移率的绝对值|s_mn|＞A，则非驱动轮处于打滑状态，采用基于UKF的车速估计方法，得到实时车速V，V＝V_UKF；

当电动汽车采用两驱模式行驶时，如果非驱动轮滑移率的绝对值|s_mn|≤A，则非驱动轮处于正常运行状态，则采用基于轮速的车速估计方法，得到实时车速V，V＝V_wheel；

(4)、对电动汽车行驶过程中，车速估计方法切换过程产生的车速跳变进行平滑滤波处理，得到滤波后的车速V^*；

V*=V·(11+τs)---(10)]]>

其中，s为车速估计频率，τ为滤波时间常数；

(5)、控制车速达到期望车速V_ref

(5.1)、利用PID控制器输出总转矩T_c

利用PID控制器对车速V^*与期望车速V_ref间的差值e进行控制，输出总转矩T_c，其中，e作为PID控制器的输入，k_p为PID控制器比例系数，k_i为PID控制器积分系数，k_d为PID控制器微分系数；

(5.2)、根据当前采用的驱动模式以及总转矩T_c计算各个电机的指令转矩T_{e_ij}，再将指令转矩输入至各电机控制器，进而控制电动汽车车速。