电动汽车稳定性控制中的车体侧偏角观测器研究VIP免费

电动汽车稳定性控制中的车体侧偏角观测器研究耿聪1，堀洋一2，青木良文2（1.东京大学电气系,东京都东京市153-8505;2.东京大学生产技术研究所,东京都东京市153-8505）摘要：采用轮毂电机独立驱动的电动汽车可采用直接横摆力矩控制（DirectYaw-momentControl,DYC）等稳定性控制，而车体侧偏角（简称β角）是稳定性控制中的重要参数。直接测定车体侧偏角的传感器相当昂贵，所以我们需要从能够容易测得的参数来进行车体侧偏角的推测。Hori研究室设计了一种用于β角推测的观测器，并充分考虑了车辆运行工况变化所引起的系统模型参数变化，进行了观测器鲁棒性设计以及轮胎侧偏刚度在线辨识，使观测器具备了足够的鲁棒性来克服大的模型误差影响，试验结果证明了该观测器的有效性。关键词：电动汽车；车辆稳定性控制；车体侧偏角；观测器DesignofBodySlipAngleObserverforElectricVehicleStabilizationControlwithDriven-Motor-in-WheelsGengCong1,HoriYoichi2,YoshifumiAoki2（1.DepartmentofElectricalEngineering,theUniversityofTokyo,Tokyo153-8505,Japan;2.InstituteofIndustrialScience,theUniversityofTokyo,Tokyo153-8505,Japan.）Correspondingauthor:GENGCong,E-mail:geng@horilab.iis.u-tokyo.ac.jpAbstract:Bodyslipangle(βangle)isimportantforelectricvehicle(EV)motioncontrolwithdriven-motor-in-wheels.However，assensorstomeasureβareveryexpensive,weneedtoestimateβfromonlyvariablestobemeasurable.Inthispaper,Horilabproposeanovelmethodforβobservationbasedonyawrateγandsideaccelerationay.Tomakethisobservermorerobust,wedesigntheobserver’sgainmatrixforrobustnessandproposehowtoidentifycorneringpowerateachtire.ExperimentsperformedbyUOTMarchⅡEVprovedthemethod.Keywords:ElectricVehicle,VehicleStabilizationControl,BodyClipAngle(βangle),Observer1．简介如文献[1]所述，以往提出的多种β角推测方法通常都具有较大的复杂性而难以实施。Hori研究室提出的β角观测器是在易于实施的线性观测器基础上进行了反馈矩阵鲁棒性设计，并采用了β角与轮胎侧偏刚度互相推测的在线辨识方法，克服了模型误差的影响，从而显著提高了β角的推测精度和鲁棒性[2]。2．轮毂电机式电动汽车模型通常采用的四轮车辆模型由于具有非线性特性不能应用于线性观测器的设计中。因此我们使用了如图1所示的电动汽车的双轮二自由度运动模型。图1电动汽车的二自由度运动模型图1中，P为车辆的重心，lf为P到前轴的距离，lr为P到后轴的距离，αf为前轮侧偏角，αr为后轮侧偏角，δf为转向轮的转向角度，v为车速。将β、γ作为状态量，系统的状态方程如式（1）所示:˙x=Ax+Bu（1）其中，A=[−(Cfl+Cfr+Crr+Crl)mv−lf(Cfl+Cfr)+lr(Crl+Crr)mv2−1−lf(Cfl+Cfr)+lr(Crl+Crr)I−lf2(Cfl+Cfr)−lr2(Crl+Crr)Iv]B=[Cfl+Cfrmv0lf(Cfl+Cfr)I1I]，x=¿[β¿]¿¿¿¿，u=¿[δf¿]¿¿¿¿Cfl~Crr分别是每个轮的侧偏刚度，其定义如式（2）、（3）所示。Cf=∂Ff∂αf|αf=0（2）Cr=∂Fr∂αr|αr=0（3）N是由各轮毂电机驱动力分配所产生的车体横摆力矩，由式(4)表示。N=d2(−Fxfl+Fxfr−Fxrl+Fxrr)（4）Fxfl，Fxfr，Fxrr，Fxrl分别为左前、右前、左后、右后轮胎纵向力。3．β角观测器的构造图2为本文构造的β角全阶观测器的结构示意图。为充分反映车辆在线性区和非线性区的运行状态，将全部的状态变量（车辆横摆角速度γ和车体侧滑角β）都用于观测器的状态估计中，并将车辆横摆角速度γ和车体侧向加速度ay作为观测器的输出反馈变量。为此，在观测器设计中，首先按式（5）及式（1）重新构造ay如式（6）所示：ay=v(˙β+γ)（5）ay=v(a11β+a12γ+b1δ+γ)（6）图2β角全阶观测器结构示意图该观测器的状态方程及输出方程为：^˙x=A^x+Bu−K(^y−y)^y=C^x+Du（7）式中：C=[01va11v(a12+1)]，D=[00vb110]，y=[γay]K是观测器的反馈增益矩阵，^x是x的估计值。β的估计误差值e=^β−β可表示为下面的误差方程：˙e=(A−KC)e（8）尽管二自由度线性模型在转向角较小情况下具有较高的精度，但...