一種分布式電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的前輪側(cè)向力估算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種分布式電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的前輪側(cè)向力估算方法，適用于車(chē)輛行駛過(guò)程中輪胎側(cè)向力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，用于安全性評(píng)估。它首先采集車(chē)輛狀態(tài)信號(hào)，利用車(chē)輛動(dòng)力學(xué)方程實(shí)時(shí)估計(jì)輪胎的縱向力和垂向力；然后將估計(jì)的各輪的縱向力連同縱向加速度信號(hào)、側(cè)向加速度信號(hào)、橫擺角速度信號(hào)、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)傳給車(chē)輛控制器中的卡爾曼側(cè)向力觀測(cè)器，得到兩前輪的卡爾曼側(cè)向力估計(jì)值和后軸側(cè)向力估計(jì)值；最后利用各輪垂向力和前輪轉(zhuǎn)角差對(duì)估計(jì)的側(cè)向力進(jìn)一步處理，得到最終的側(cè)向力估計(jì)值。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：僅采用線性卡爾曼濾波器，保證了計(jì)算的實(shí)時(shí)性；不需要獲知輪胎與路面的信息，使得該方法具有對(duì)不同路面、輪胎的魯棒性，且估計(jì)的側(cè)向力結(jié)果可以用來(lái)分析輪胎特性與路面狀況識(shí)別。
【專利說(shuō)明】一種分布式電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的前輪側(cè)向力估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車(chē)輛行駛過(guò)程中輪胎側(cè)向力估算方法，特別是關(guān)于一種分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)輛的輪胎側(cè)向力估算方法，用于測(cè)試兩個(gè)前轉(zhuǎn)向輪和一個(gè)后軸的側(cè)向力。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛是將驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別安裝在各車(chē)輪內(nèi)或各車(chē)輪附近，一臺(tái)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)一個(gè)車(chē)輪，具有響應(yīng)速度快、傳動(dòng)鏈短、傳動(dòng)高效、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，其充分利用了電機(jī)轉(zhuǎn)矩精確觀測(cè)和快速可控的特點(diǎn)，是電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。
[0003]目前的分布式電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的橫向穩(wěn)定性控制仍存在很多需要改善的問(wèn)題，如在非線性特性下不能準(zhǔn)確估計(jì)輪胎側(cè)向力。輪胎側(cè)向力是車(chē)輛橫向動(dòng)力學(xué)重要的組成部分，影響著車(chē)輛的行駛安全性和穩(wěn)定性，如果能夠準(zhǔn)確獲知輪胎的側(cè)向力，將會(huì)有效的提高車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)控制效果。傳統(tǒng)的單輪的輪胎側(cè)向力的估計(jì)依賴于輪胎模型。而輪胎側(cè)向力與輪胎側(cè)偏角、垂直載荷、車(chē)輪外傾角、縱向滑轉(zhuǎn)率、輪速及胎壓等因素直接相關(guān)。
[0004]國(guó)內(nèi)、外已經(jīng)研究出多種非線性輪胎模型。其中，目前應(yīng)用比較廣泛的各種輪胎模型中，魔術(shù)公式輪胎模型對(duì)于輪胎力的描述結(jié)果相對(duì)精確些。魔術(shù)公式輪胎模型是一種基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，適用于各種輪胎結(jié)構(gòu)和不同的工況，其應(yīng)用于車(chē)輛狀態(tài)參數(shù)觀測(cè)領(lǐng)域，可以提供更為精確的信息。但是該模型的算法復(fù)雜，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，計(jì)算量較大，不但要做大量輪胎特性試驗(yàn)，增加了開(kāi)發(fā)成本，而且也難以滿足實(shí)車(chē)控制器應(yīng)用中快速響應(yīng)的需求。況且基于輪胎模型的側(cè)向力估計(jì)方法，一旦輪胎特性(輪胎氣壓、輪胎花紋和磨損程度)或者路面情況快速變化，擬合精度迅速下降，就使得輪胎側(cè)向力估計(jì)不準(zhǔn)確，從而影響整車(chē)動(dòng)力學(xué)控制效果。所以有必要提出一種不依賴于輪胎模型的側(cè)向力估計(jì)方法。有研究為了擺脫側(cè)向力估計(jì)對(duì)準(zhǔn)確輪胎模型的依賴問(wèn)題，嘗試?yán)密?chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，來(lái)觀測(cè)前后軸的側(cè)向力，但這種方法不能實(shí)現(xiàn)單個(gè)輪胎的側(cè)向力估計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有的單輪輪胎側(cè)向力估計(jì)對(duì)輪胎模型依賴性的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種分布式電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的前輪側(cè)向力估算方法，擺脫輪胎模型的局限性，綜合考慮輪胎的特性和路面情況，準(zhǔn)確評(píng)估輪胎的側(cè)向力，提高車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)控制效果。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種分布式電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的前輪側(cè)向力估算方法，基于整車(chē)控制器建立一種車(chē)輛輪胎側(cè)向力估算系統(tǒng)而估算。該系統(tǒng)包括:一設(shè)置在車(chē)輛轉(zhuǎn)向柱管上的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器、一設(shè)置在車(chē)輪處的輪速傳感器、一設(shè)置在車(chē)輛質(zhì)心位置處的縱向加速度傳感器、一側(cè)向加速度傳感器、一橫擺角速度傳感器、一設(shè)置在整車(chē)控制器上的輪邊電機(jī)控制器、一基于縱向動(dòng)力學(xué)的輪胎縱向力估計(jì)模塊、一輪胎垂向力估計(jì)模塊、一卡爾曼側(cè)向力估計(jì)模塊和一融合側(cè)向力估計(jì)模塊，這些模塊都集成在整車(chē)控制器中。
[0007]估算過(guò)程如下:[0008]I)在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，整車(chē)控制器取某兩個(gè)相鄰的采樣時(shí)刻k-Ι和k，分別從所述輪邊電機(jī)控制器接收各電機(jī)在時(shí)刻k-Ι的需求驅(qū)動(dòng)力矩Ti,從所述輪速傳感器接收兩個(gè)時(shí)刻的實(shí)時(shí)輪速信號(hào)ω (k-D和ω (k)，發(fā)送到所述基于縱向動(dòng)力學(xué)的輪胎縱向力估計(jì)模塊；
輪胎縱向力估計(jì)模塊根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的各信號(hào)，計(jì)算出各車(chē)輪的縱向力
[0009]2)整車(chē)控制器取從車(chē)輛質(zhì)心位置處的縱向加速度傳感器接收實(shí)時(shí)的縱向加速度信號(hào)，從車(chē)輛質(zhì)心位置處的側(cè)向加速度傳感器接收實(shí)時(shí)的側(cè)向加速度信號(hào)，發(fā)送到輪胎垂向力估計(jì)模塊；輪胎垂向力估計(jì)模塊根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的各信號(hào)，計(jì)算出各車(chē)輪的垂向力
0
[0010]上述縱向力之和垂向力4中，i = 1，2，3，4，分別表示左前輪、右前輪、左后輪、右后輪。
[0011]3)將縱向加速度信號(hào)、側(cè)向加速度信號(hào)、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)、橫擺角速度信號(hào)和所述輪胎縱向力估計(jì)模塊估計(jì)的縱向力I發(fā)送到卡爾曼側(cè)向力估計(jì)模塊；卡爾曼側(cè)向力估計(jì)
模塊估計(jì)出單輪側(cè)向力，其中包括左前輪的側(cè)向力化K-m、右前輪的側(cè)向力和
后軸的側(cè)向力O
[0012]4)將所述卡爾曼側(cè)向力估計(jì)模塊估計(jì)出的側(cè)向力，以及方向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)和輪胎垂
向力估計(jì)模塊估計(jì)出的垂向力#；, *發(fā)送給融合側(cè)向力估計(jì)模塊；融合側(cè)向力估計(jì)模塊首先
根據(jù)垂向力權(quán)重分配軸側(cè)向力的方法對(duì)卡爾曼側(cè)向力估計(jì)模塊估計(jì)出的前軸側(cè)向力進(jìn)行分配得到兩前輪側(cè)向力；然后采用以前輪轉(zhuǎn)角差作為權(quán)重系數(shù)，加權(quán)融合垂向力權(quán)重分配軸側(cè)向力的方法估計(jì)出的兩前輪側(cè)向力結(jié)果和卡爾曼側(cè)向力估計(jì)模塊估計(jì)出的兩前輪側(cè)
向力結(jié)果，得到最終的側(cè)向力^的估計(jì)值。
[0013]在側(cè)向力&的描述中，i = I，2，3，4分別表示左前輪、右前輪、左后輪、右后輪的側(cè)
向力，i = 5，6分別表示前軸和后軸的側(cè)向力，前軸側(cè)向力即為兩個(gè)前輪的側(cè)向力之和。
[0014]上述估算過(guò)程選取車(chē)輛全部4個(gè)車(chē)輪進(jìn)行。
[0015]具體講，在所述步驟I)中，所涉及到的車(chē)輪縱向力之,的計(jì)算方法為:
[0016]a)基于縱向動(dòng)力學(xué)的輪胎縱向力估計(jì)模塊根據(jù)前、后兩個(gè)相鄰采樣時(shí)刻k-Ι和k實(shí)時(shí)采集到的實(shí)時(shí)輪速信號(hào)ω (k-1)和ω (k)，計(jì)算得到在采樣時(shí)間k-1時(shí)的車(chē)輪角加速度
(k時(shí)刻的車(chē)輪角加速度可以直接通過(guò)傳感器獲取)
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種分布式電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的前輪側(cè)向力估算方法，其特征在于:基于整車(chē)控制器建立的估算系統(tǒng)進(jìn)行估算，估算過(guò)程如下: 1)在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，取兩個(gè)相鄰的采樣時(shí)刻k-1和k，整車(chē)控制器分別取各電機(jī)在兩時(shí)刻之間的需求轉(zhuǎn)矩Ti,取輪速傳感器兩個(gè)時(shí)刻的實(shí)時(shí)輪速信號(hào)ω (k-D和ω (k)，發(fā)送到輪胎縱向力估計(jì)模塊，輪胎縱向力估計(jì)模塊根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的信號(hào)，計(jì)算出各車(chē)輪的縱向例Fxi； 2)整車(chē)控制器取實(shí)時(shí)的縱向加速度信號(hào)和側(cè)向加速度信號(hào)，發(fā)送到輪胎垂向力估計(jì)模塊，輪胎垂向力估計(jì)模塊根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的各信號(hào)，計(jì)算出各車(chē)輪的垂向力Fxi； 上述i = 1，2，3，4，分別表示左前輪、右前輪、左后輪、右后輪； 3)將縱向加速度信號(hào)、側(cè)向加速度信號(hào)、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)、橫擺角速度信號(hào)和估計(jì)的縱向力#發(fā)送到一卡爾曼側(cè)向力估計(jì)模塊，卡爾曼側(cè)向力估計(jì)模塊估計(jì)出左前輪的側(cè)向力Fy1-katman、右如輪的側(cè)向力Fy2-katman和后軸的側(cè)向力Fy6-katman; 4)將卡爾曼側(cè)向力估計(jì)模塊估計(jì)出的各側(cè)向力，以及方向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)、估計(jì)出的垂向力Fxi，發(fā)送給一融合側(cè)向力估計(jì)模塊； 融合側(cè)向力估計(jì)模塊首先利用垂向力權(quán)重分配軸側(cè)向力的方法對(duì)卡爾曼側(cè)向力估計(jì)模塊估計(jì)出的兩前輪側(cè)向力進(jìn)行分配，得到基于垂向力權(quán)重分配軸側(cè)向力方法的兩前輪側(cè)向力；然后采用以前輪轉(zhuǎn)角差表示的權(quán)重函數(shù)，加權(quán)融合垂向力權(quán)重分配軸側(cè)向力的方法估計(jì)出的兩前輪側(cè)向力和卡爾曼側(cè)向力估計(jì)模塊估計(jì)出的兩前輪側(cè)向力，得到最終的側(cè)向逸的估計(jì)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的前輪側(cè)向力估算方法，其特征在于:所述的估算系統(tǒng)包括:一方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器、一輪速傳感器、一設(shè)置在車(chē)輛質(zhì)心位置處的縱向加速度傳感器、一側(cè)向加速度傳感器、一橫擺角速度傳感器、一設(shè)置在整車(chē)控制器上的輪邊電機(jī)控制器、一基于縱向動(dòng)力學(xué)的輪胎縱向力估計(jì)模塊、一輪胎垂向力估計(jì)模塊、一卡爾曼側(cè)向力估計(jì)模塊和一融合側(cè)向力估計(jì)模塊，所述這些模塊都集成在整車(chē)控制器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分布式電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的前輪側(cè)向力估算方法，其特征在于:在所述步驟1)中，所涉及到的車(chē)輪縱向力F的計(jì)算方法為: a)基于縱向動(dòng)力學(xué)的輪胎縱向力估計(jì)模塊根據(jù)前、后兩個(gè)相鄰采樣時(shí)刻k-1和k實(shí)時(shí)采集到的實(shí)時(shí)輪速信號(hào)ω (k-1)和ω (k)，計(jì)算得到在采樣時(shí)間k-Ι時(shí)的車(chē)輪角加速度?:
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分布式電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的前輪側(cè)向力估算方法，其特征在于:在所述步驟2)中，所涉及到的車(chē)輪垂向力的計(jì)算方法為: 根據(jù)接收到的縱向加速度信號(hào)ax和側(cè)向加速度信號(hào)ay計(jì)算得到車(chē)輪垂向力；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的前輪側(cè)向力估算方法，其特征在于:在所述步驟3)中，在卡爾曼側(cè)向力估計(jì)模塊中計(jì)算各側(cè)向力的方法為: a)在卡爾曼側(cè)向力估計(jì)模塊中，根據(jù)前、后兩個(gè)相鄰采樣時(shí)刻k-Ι和k實(shí)時(shí)采集到的橫擺角速度信號(hào)列H)和列幻,計(jì)算得到在k時(shí)刻的車(chē)輛橫擺角加速度伊(Zc)；
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的分布式電驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的前輪側(cè)向力估算方法，其特征在于:所述步驟4)中，融合估計(jì)單輪側(cè)向力Fy1.的計(jì)算方法為: a)根據(jù)垂向力權(quán)重分配軸側(cè)向力的方法對(duì)卡爾曼觀測(cè)器估計(jì)出的前軸側(cè)向力進(jìn)行分配，得到左前輪的側(cè)向力,、右前輪的側(cè)向力Fy2-Fz:
【文檔編號(hào)】B60W40/10GK103909933SQ201410119219
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】李克強(qiáng), 陳龍, 邊明遠(yuǎn), 羅禹貢, 曹坤, 張書(shū)瑋, 連小珉, 鄭四發(fā), 楊殿閣, 王建強(qiáng) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)