[发明专利]一种电动汽车主动前轮转向系统的复合控制方法

权利要求书

1.一种电动汽车主动前轮转向系统的复合控制方法，其特征在于：基于二自由度车辆模型，设计滑模观测器对质心侧偏角进行估计，采用扰动观测器对外部扰动进行观测，并将观测值作为前馈补偿，结合状态反馈控制算法，设计基于扰动观测的终端滑模控复合控制算法；主动前轮转向控制系统的复合控制方案，包括以下步骤：

步骤一、建立二自由度车辆模型：

侧向动力学方程为

横摆动力学方程为

其中β是质心侧偏角，γ是横摆角速度，m是车的质量，C_f和C_r分别为前后轮胎的侧偏刚度，a，b分为车辆前轴和后轴到质心的距离，δ_f是车辆的前轮转角，I_z为整车绕Z轴的转动惯量,V_x为纵向速度，d(t)为包含系统不确定和外界干扰的集总扰动；

方程(1)-(2)作为汽车运行过程中的参考模型，并且根据参考模型计算出理想的横摆角速度γ_d，计算方法如下：

式中μ为路面摩擦系数，g为重力加速度，δ为方向盘转角；

步骤二、基于二阶滑模观测算法设计状态观测器估计车辆的实际质心侧偏角

步骤三、将由二自由度车辆模型得到的理想横摆角速度、EPS系统模块得到的实际横摆角速度以及步骤二中得到的实际质心侧偏角估计值发送给反馈控制器模块；反馈控制器模块是基于终端滑模控制算法设计的前轮转角控制器，其功能是为车辆提供一个附加转角；

步骤四、最后，设计扰动观测器模块，其输入端为实际横摆角速度γ和控制输入δ_f，其输出端为扰动补偿量将扰动观测器的输出反馈给步骤三中的反馈控制器模块，从而设计基于扰动观测技术的终端滑模复合控制器；

所述步骤二中，二阶滑模观测器构建方法如下：

其中分别为γ和β的观测值，c₁和c₂是两个正常数，a_y为侧向加速度，δ为方向盘转角，A₁₁，A₁₂，A₂₁，A₂₂，B₁，B₂常数，V_x为纵向速度；

所述步骤四中观测器可以构造为如下形式

其中x＝s,G₁(x)＝B₁,G₂(x)＝1，和P分别为有界扰动的估计值和非线性观测器的内部变量，L为观测器的增益并且满足所述步骤四中基于扰动观测技术的终端滑模复合控制器δ_f可以设计为：

式中K₁＞0，K₂＞0，则滑动变量s将在有限时间内稳定。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车主动前轮转向系统的复合控制方法，其特征在于，为了准确反映车辆在轮胎线性区域的运行状态，并且最大程度地消除模型误差所带来的不利影响，从而将车辆横摆角速度γ和车辆侧向加速度a_y同时作为观测器的反馈变量。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车主动前轮转向系统的复合控制方法，其特征在于，在实际情况下前、后轮胎侧偏刚度C_f和C_r的值会根据路面状况和轮胎的垂直载荷不断变化，即实际的轮胎侧偏刚度与假设值存在偏差，且简化的二自由度车辆模型与实际车辆存在着模型误差，所述二阶滑模观测器设计时将侧向加速度偏差作为反馈量，对模型误差进行补偿控制。