[发明专利]一种四轮轮毂电动汽车车速控制方法

摘要

本发明公开了一种四轮轮毂电动汽车车速控制方法，通过当前的驱动模式选取合适的车速估计模块，即基于UKF的车速估计模块或者基于轮速的车速估计模块，实时估计当前的车速；同时，针对驱动模式切换时车速的跳变进行平滑滤波处理；然后，以期望车速为控制目标，利用PID控制器控制输出总转矩；最后，将总转矩通过转矩分配和限幅输入至各个电机控制器，进而控制电动汽车车速达到期望速度。

主权项

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，Vx为车轮纵向速度，Vy为车轮侧向速度，γ为横摆角速度，ax为纵向加速度，ay为侧向加速度，Iz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，Tz为横摆转矩，Tf为前轮轮距，Tr为后轮轮距，Fx_ij为车轮纵向力，Fy_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)]]>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,ωij]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VUKF＝Vx；(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Vwheel，Vwheel＝ωnmR；其中，ωmn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smn：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smn，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＝VUKF；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|smn|＞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＝VUKF；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|smn|≤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＝Vwheel；(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Vref(5.1)、利用PID控制器输出总转矩Tc利用PID控制器对车速V*与期望车速Vref间的差值e进行控制，输出总转矩Tc，其中，e作为PID控制器的输入，kp为PID控制器比例系数，ki为PID控制器积分系数，kd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Tc计算各个电机的指令转矩Te_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。