[发明专利]一种电动汽车主动前轮转向的自适应控制方法

说明书

本发明公开了一种电动汽车主动前轮转向的自适应控制方法，属于电动汽车主动前轮转向控制领域。主要步骤为：1、建立二自由度车辆动力学模型，并通过该模型得到理想的横摆角速度；2、利用步骤1建立的车辆动力学模型，设计出二阶扩张状态观测器，通过调整合适的参数，同时观测出车辆的横摆角速度和质心侧偏角；3、对步骤2设计的传统扩张状态观测器进行改进，将超螺旋算法和扩张状态观测器结合，得到超螺旋扩张状态观测器；4、考虑横摆角速度和质心侧偏角的观测误差，在控制器设计中加入对观测误差的自适应估计。本发明的具有较高精度和较强的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及电动汽车主动前轮转向的控制方法，特别涉及超螺旋扩张状态观测器和自适应控制器的设计，属于汽车主动安全控制领域。

背景技术

众所周知，主动安全系统在减少交通事故中扮演十分重要的角色，有利于提高汽车的操纵稳定性和舒适性。近些年来，随着电子技术的发展，各种新技术不断应用到汽车上以提高其行驶安全性，如AFS、DYC、ESP等，它们都是通过控制汽车的侧向力来实现对横摆运动的控制。主动转向系统是一种介于传统的动力转向和线控转向之间的转向系统。传统的动力转向系统不能及时纠正驾驶员的误操作，因此在驾驶过程中驾驶员要实时修正方向，提高转向精度，来消除外界或内部对车辆的扰动；线控转向系统能实现主动转向，但由于转向盘与前轮必须通过机械结构进行连接，故目前线控转向系统未实用于商用车。主动前轮转向系统(AFS)是指在车辆轮胎侧向力的线性范围内，通过产生不依赖于方向盘转角的附加前轮转角，改变车辆的侧向力，提高转向稳定性。

当汽车高速运行在极端复杂的工况下，质心侧偏角变化迅速，传统的扩张状态观测器需要较高的增益才可以准确追踪质心侧偏角，这可能会引起系统的崩溃。为了解决这一问题，采用滑模控制策略中的超螺旋算法对观测器进行改进，会使观测器继承滑模控制的优点，具有较强的鲁棒性，同时还可以避免过高的观测器增益。

在早期，PI控制技术在AFS控制器设计中得到了广泛的应用。但是，需要指出的是，车辆动力学是一个复杂的不确定系统，包括系统不确定性、参数摄动、速度变化、外部扰动等。在某些极端工况下，PI控制策略不能保证车辆的稳定性。基于上述原因，人们尝试利用非线性控制方法提高车辆行驶的稳定性，如模糊控制、滑模控制、神经网络控制、鲁棒控制等相继被提出。滑模控制是一种处理不确定性系统的有效方法，它不要求被考虑的系统具有高精度的数学模型，因而被广泛用于各类控制器中。但是由于其控制器是不连续的，在控制时会产生大量抖振，甚至引起系统崩溃，所以本文提出一种抖振较小的自适应控制方法是有必要的。

发明内容

为了解决电动汽车转向稳定性的问题，本发明提出了一种电动汽车主动前轮转向的自适应控制方法，提高了在极端行驶工况下车辆的稳定性。

本发明的技术方案包括以下部分：

一种电动汽车主动前轮转向的自适应控制方法，包括如下步骤：

步骤1、建立二自由度车辆动力学模型，以其作为参考模型，求出理想的横摆角速度ω_rd；

步骤2、根据步骤1的车辆动力学模型构造相应的扩张状态观测器，同时观测出横摆角速度和质心侧偏角；

步骤3、对步骤2设计的扩张状态观测器进行改进，结合超螺旋算法，得到超螺旋扩张状态观测器；

步骤4、考虑步骤3中对横摆角速度和质心侧偏角的观测误差，在主动前轮转向控制器中，加入对误差的自适应估计。

进一步，所述步骤1中，建立二自由度车辆动力学模型为：

其中，为纵向车速v与侧向车速u的比值来表示质心侧偏角，ω_r表示横摆角速度，δ_f表示前轮转角，a、b为质心到前、后轴的距离，k₁、k₂为前、后轮的侧偏刚度，m为汽车质量，I_z为汽车转动惯量，为了方便表示，令系数