[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

说明书

本发明提出了一种电动汽车主动前轮转向系统的复合控制策略，所述被控对象、二自由度车辆模块、滑模观测器模块、扰动观测模块、控制器模块依次相连接。基于所述二自由度车辆模块，设计了滑模观测器对质心侧偏角进行估计；所述扰动观测器模块用以对外部扰动进行观测，并将观测值作为前馈补偿，与常用控制算法形成状态反馈加前馈补偿的复合控制方案。本发明所提出的方法无需改变原有状态反馈控制器，利用扰动观测的补偿性能，能进一步提高电动汽车主动前轮转向的精度，显著提高了控制效果。同时，所述控制方法具有结构简单，运算量小，便于实现等优点。

技术领域

本发明涉及电动汽车主动安全控制领域，特别涉及电动汽车主动前轮转向控制器设计，具体是利用扰动观测器技术设计了基于扰动观测的终端滑模复合控制方案，有效提高了在极端工况下汽车行驶的平稳性。

背景技术

近年来，汽车主动安全控制逐渐成为研究热点，其中主动转向系统是主动安全控制的一个重要分支。主动转向系统主要来控制汽车的侧向运动，它主要分为主动前轮转向系统(AFS)和主动后轮转向系统(ARS)，本专利涉及的是主动前轮转向系统的控制。主动前轮系统是根据车辆行驶工况，向前轮提供一个独立于方向盘输入的附加转角，能够为驾驶员提供更好的操纵性能。

主动前轮转向系统可以采用线性控制方法来实现，也可以采用非线性方法来实现。PI控制算法是典型的线性控制方法，由于结构简单，操纵方便而被广泛运用在各种控制系统中。但是，在实际的动态车辆模型中会存在不确定系统和外部扰动，单纯的PI控制策略将无法保证车辆的稳定性。为了改善控制性能，各种先进的非线性控制算法在主动前轮转向控制系统中得以研究和应用，例如自适应控制、模糊逻辑控制、滑模控制等。

滑模控制具有响应迅速，对参数变化不灵敏等优点而得到广泛应用。因传统滑模具有线性切换面，当利用边界层方法消除抖振时，导致系统状态到达平衡点后系统状态只能收敛到原点的一个小领域内，导致稳态误差较大。针对该问题，本发明提出了终端滑模控制技术，较传统的滑模控制器，具有更好的抗干扰性能。

此外，由于实际动态车辆模型中存在不确定系统和外部扰动，为了进一步提高控制性能，将扰动观测器技术应用于主动前轮转向控制系统中。扰动观测器是估计扰动最有效的技术之一，近年来基于扰动观测器的复合控制技术在控制领域和控制工程方面获得了极大的关注。

发明内容

本发明提出了一种电动汽车主动前轮转向系统的复合控制方法，以解决传统PI控制方法中存在的鲁棒性差等缺点。本发明采用二阶滑模观测算法，基于二自由度模型，设计了滑模观测器对质心侧偏角进行观测估计，同时本发明在终端滑模控制器的基础上提出了基于扰动观测的终端滑模复合控制算法，相较于单一控制器，其进一步提高了系统的稳定性和抗干扰能力。主动前轮转向复合控制系统整体方案，包括以下步骤：

步骤一、建立二自由度车辆模型，以其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；

步骤二、基于二阶滑模观测算法观测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值与EPS系统模块得到的实际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、扰动观测器模块的输入端为实际横摆角速度γ和控制信号δ_f，其输出端为扰动补偿量对控制进行补偿。

进一步，步骤一中所述二自由度车辆模型为：

侧向动力学方程为

横摆动力学方程为