一種分布式驅(qū)動電動車的前輪側(cè)向力估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及車輛行駛中輪胎側(cè)向力估計方法，特別涉及分布式驅(qū)動電動車的前轉(zhuǎn) 向輪的側(cè)向力估計。
【背景技術(shù)】
[0002] 在環(huán)境和能源問題的背景下，電動汽車越來越成為未來汽車工業(yè)的重要部分。近 年來，分布式驅(qū)動電動汽車（In-wheel motor Electric, IEV)受到研究者的普遍關(guān)注。它通 過置于車輪輪轂內(nèi)的輪轂電機或是將兩個電機置于差速器位置來驅(qū)動車輪，給整車提供動 力。IEV具有相應(yīng)速度快、傳動鏈短、傳動高效等優(yōu)點，是電動汽車領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方 向。
[0003] 目前，IEV的橫向穩(wěn)定性控制仍存在需要改善的地方，如在極限工況下輪胎側(cè)向力 不能被準確估計。值得注意的是，輪胎側(cè)向力是橫向動力學(xué)的重要組成部分，影響著車輛的 行駛安全性和穩(wěn)定性。因此，對輪胎側(cè)向力的準確估計將會有效地提高橫向控制效果。
[0004] 傳統(tǒng)的輪胎側(cè)向力的估計依賴于輪胎模型。國、內(nèi)外已經(jīng)研究出了多種非線性輪 胎模型。DugofT模型根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，建立表示驅(qū)動(制動)力、側(cè)偏力、滑移率、側(cè)偏角和輪胎 其他參數(shù)關(guān)系的表達式;UniTire模型是郭孔輝院士提出的一種半經(jīng)驗輪胎模型，具有滿足 高階理論邊界條件的特點;Magic Formula模型利用正弦函數(shù)建立了輪胎的縱向力、側(cè)向力 和回正力矩與側(cè)偏角、滑移率、側(cè)傾角和垂直載荷之間關(guān)系。輪胎模型能夠?qū)喬チM行相 對精確的估計，但是輪胎模型中輪胎側(cè)向力與輪胎側(cè)偏角、垂直載荷、縱向滑移率及輪速等 因素直接相關(guān)，即涉及變量較多，需要進行大量的試驗數(shù)據(jù)擬合，計算量大，而且輪胎模型 的算法復(fù)雜，從而難以滿足實車控制器應(yīng)用中快速響應(yīng)的需求。此外，對于基于輪胎模型的 側(cè)向力估計方法，一旦輪胎特性(輪胎氣壓和磨損程度等)或者路面情況快速變化，擬合精 度將會迅速下降，使得輪胎側(cè)向力估計不精確，導(dǎo)致橫向控制效果受到影響。所以提出一種 不依賴于輪胎模型的側(cè)向力估計方法是有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決目前輪胎側(cè)向力估計過多依賴于輪胎模型的問題，本發(fā)明提出了 一種分 布式驅(qū)動電動車的前轉(zhuǎn)向輪側(cè)向力估計方法，其能夠在擺脫輪胎模型的基礎(chǔ)上對側(cè)向力進 行估計。該方法考慮車輛輪胎的實時特性以及路面狀況的變化，能夠準確地估計輪胎的側(cè) 向力，從而提高車輛的橫向控制效果。估計過程如下：
[0006] 1)在車輛行駛過程中，所述輪邊電機控制器測得各電機所需的實時驅(qū)動力矩Tlj, 所述輪速傳感器測得實時輪速信號ω u。將驅(qū)動力矩信號和輪速信號發(fā)送到所述基于車輪 旋轉(zhuǎn)動力學(xué)的滑模縱向力估計模塊，滑模縱向力估計模塊根據(jù)實時采集信號，得到輪胎縱 向力的值估計?
[0007] 上述/^.、Tij、Wij中，i = f，r，f表示前輪，r表示后輪；j = l，r，l表示左輪，r表示右 輪；
[0008] 2)所述縱向加速度傳感器和側(cè)向加速度傳感器測得實時的縱向加速度信號ax和 側(cè)向加速度信號ay;所述縱向速度傳感器和側(cè)向速度傳感器測得實時的縱向速度V x和側(cè)向 速度Vy;此外，所述車輛橫擺角速度傳感器測得實時的橫擺角速度信號r，以及所述方向盤 轉(zhuǎn)角傳感器測得方向盤轉(zhuǎn)角信號S;
[0009] 將方向盤轉(zhuǎn)角信號、橫擺角速度信號、縱向加速度信號、側(cè)向加速度信號、縱向速 度信號、側(cè)向速度信號和估計出的縱向力武(/發(fā)送到基于車輛動力學(xué)的滑模側(cè)向力估計模 塊，滑模側(cè)向力估計模塊通過運算估計出右前輪的側(cè)向力。
[0010] 3)最后，將估計的右前輪側(cè)向力以及方向盤轉(zhuǎn)角信號發(fā)送給所述濾波模塊，針對 側(cè)向力估計值中出現(xiàn)的奇異現(xiàn)象，濾波模塊采取在奇異點附近進行線性化處理的方法，從 而輸出較準確的右前輪側(cè)向力值，再進一步計算得到左前輪側(cè)向力值，這樣就得到兩前輪 的側(cè)向力估計值。
[0011] 本發(fā)明估計方法過程中用的參數(shù)是基于以下部分測量得到:所述方向盤轉(zhuǎn)角信號 S由方向盤轉(zhuǎn)角傳感器測得、所述橫擺角速度信號r由橫擺角速度傳感器測得、所述縱向加 速度信號ax由縱向加速度傳感器測得、所述側(cè)向加速度信號a y由側(cè)向加速度傳感器測得、所 述縱向速度信號Vx由縱向速度傳感器測得、所述側(cè)向速度信號V y由側(cè)向速度傳感器測得。
[0012] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明展現(xiàn)出的有益效果是：
[0013] 1)本發(fā)明無需復(fù)雜的非線性輪胎模型，僅應(yīng)用二階滑模觀測器對輪胎側(cè)向力進行 估計，計算簡便且保證了精確度和計算的實時性。
[0014] 2)本發(fā)明應(yīng)用車輛狀態(tài)中現(xiàn)有的易獲得的信號，不需要其他昂貴的傳感器就能實 現(xiàn)對輪胎側(cè)向力進行準確估計，成本較低。
[0015] 3)本發(fā)明運用超螺旋算法（Super-twist)設(shè)計的二階滑模觀測器，該觀測器具有 快速收斂性和對車輛系統(tǒng)中出現(xiàn)的諸如空氣阻力、輪胎的摩擦系數(shù)等不確定擾動具有很強 的魯棒性，即對復(fù)雜環(huán)境具有較強的適應(yīng)性。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的的系統(tǒng)關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明提供了一種分布式電動車的前輪側(cè)向力估計方法。為使本發(fā)明的目的、技 術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當理 解，此處描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018] 圖1所示是本發(fā)明的輪胎側(cè)向力估計的系統(tǒng)關(guān)系示意圖，它包括輪邊電機控制器、 輪速傳感器、滑?？v向力估計模塊、車輛橫擺角速度傳感器、車輛縱向加速度傳感器、車輛 側(cè)向加速度傳感器、車輛縱向速度傳感器、車輛側(cè)向速度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、滑模 側(cè)向力估計模塊、濾波模塊。
[0019] 基于上述系統(tǒng)，下面通過具體實施解釋本發(fā)明對行駛過程中的車輛前輪(轉(zhuǎn)向輪） 的輪胎側(cè)向力的估計方法：
[0020] 采用的車輛參數(shù)如表1所示，選取的試驗工況為72km/h、蛇形。
[0021] 表1車輛參數(shù)
[0023] 1)基于車輪旋轉(zhuǎn)動力學(xué)的滑?？v向力估計模塊依據(jù)所述輪速傳感器實時采集到 的輪胎中心速度信號ω u和所述輪邊控制器實時采集到的各輪胎驅(qū)動轉(zhuǎn)矩信號Tu，運用滑 模觀測理論設(shè)計了滑模觀測器對四個輪胎的縱向力進行觀測。
[0024]車輪旋轉(zhuǎn)動力學(xué)方程為
[0025]
(1)
[0026]方程（1)可改寫為
[0027]
[0028] 其中，Xi= ω ij，輸入變邏
看作是未知擾動，y為輸出量。
[0029] 基于超螺旋算法設(shè)計如下二階滑模觀測器為
[0030]
[0031]根據(jù)有限時間收斂理論，存在時間常數(shù)!\，有
[0032