本發(fā)明屬于分布式電驅(qū)動汽車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于左逆系統(tǒng)的分布式電驅(qū)動汽車路面附著系數(shù)估計(jì)算法。

背景技術(shù)：

分布式電驅(qū)動汽車直接以輪轂電機(jī)驅(qū)/制動，與傳統(tǒng)汽車相比，其主要結(jié)構(gòu)特征是傳動鏈短、傳動高效及結(jié)構(gòu)緊湊。輪轂電機(jī)可由獨(dú)立的控制器進(jìn)行控制，其驅(qū)/制動力矩可實(shí)現(xiàn)精確、獨(dú)立地測量與動力學(xué)控制，具有較好的響應(yīng)特性、較高的響應(yīng)精度和較快的響應(yīng)速度。準(zhǔn)確識別出路面情況，有助于車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)更有效地進(jìn)行動力學(xué)控制及四輪驅(qū)/制動力矩優(yōu)化分配，提高車輛行駛安全性、穩(wěn)定性。

中國專利CN104354697A公開了一種利用在線修正的汽車狀態(tài)參數(shù)估計(jì)路面附著系數(shù)的方法，該發(fā)明需要用魔術(shù)公式估算輪胎的準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)向力，而由準(zhǔn)靜態(tài)側(cè)向力求動態(tài)側(cè)向力時(shí)需要知道影響因數(shù)K_L，需要擬合的參數(shù)較多，在實(shí)際應(yīng)用中局限性比較大；中國專利CN103612634A公開了一種分散式輪轂電機(jī)驅(qū)動電動汽車路面附著系數(shù)的估算方法，通過計(jì)算μ-λ曲線上當(dāng)前對應(yīng)點(diǎn)的斜率，并在1s內(nèi)觀察斜率是否超過某個(gè)定值來判斷當(dāng)前分散式輪轂電機(jī)驅(qū)動電動汽車路面附著系數(shù)是否達(dá)到峰值，通過比較四輪的路面附著峰值進(jìn)而判斷路面類型(均質(zhì)、對開、對接或單輪獨(dú)立路面)，該方法沒有給出定值具體的值，且1s這個(gè)判斷周期值得商榷，沒有論證該方法的實(shí)時(shí)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的局限性，本發(fā)明提供了基于左逆系統(tǒng)的分布式電驅(qū)動汽車路面附著系數(shù)估計(jì)算法，本發(fā)明不需要進(jìn)行參數(shù)擬合，實(shí)時(shí)性好、可靠性高。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

基于左逆系統(tǒng)的分布式電驅(qū)動汽車路面附著系數(shù)估計(jì)算法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，建立與路面附著系數(shù)有關(guān)的車輪旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型作為左逆系統(tǒng)的原系統(tǒng)模型；

S2，設(shè)計(jì)一種基于名義橫向加速度和名義橫擺角速度的車輛雙名義量有限分段函數(shù)表征法，全面反映車輛轉(zhuǎn)向時(shí)側(cè)偏與橫擺響應(yīng)的非線性狀態(tài)，根據(jù)有限分段函數(shù)與路面附著利用率的關(guān)系設(shè)計(jì)附著估算偏差的補(bǔ)償算法；

S3，推導(dǎo)證明原系統(tǒng)存在左逆系統(tǒng)。

進(jìn)一步，所述S1的具體過程為：

S1.1，建立車輪旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型；

S1.2，把車輪旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型代入路面附著系數(shù)定義式，得到與輪轂電機(jī)驅(qū)/制動轉(zhuǎn)矩、四輪轉(zhuǎn)速、四輪垂直載荷有關(guān)的公式；

S1.3，建立橫、縱向加速度作用下的軸荷轉(zhuǎn)移的四輪垂直載荷方程組；

S1.4，把四輪垂直載荷方程代入到S1.2的公式中，此時(shí)S1.2公式中的垂直載荷用橫、縱向加速度表示。

進(jìn)一步，所述S2的具體過程為：

S2.1，設(shè)計(jì)基于名義橫向加速度的附著估算偏差補(bǔ)償算法；

S2.2，設(shè)計(jì)基于名義橫擺角速度的附著估算偏差補(bǔ)償算法；

S2.3，選取兩種補(bǔ)償算法所得補(bǔ)償量中較小者作為補(bǔ)償量。

更進(jìn)一步，所述S2.1的具體過程為：

S2.1.1，用橫向加速度測量值a_y和名義橫向加速度a_ny來表征車輛側(cè)偏非線性度：a_ny＝|v_xω_r-a_y|，其中：v_x為車輛縱向車速，m/s；ω_r為橫擺角速度，rad/s；

S2.1.2，設(shè)計(jì)基于名義橫向加速度有限分段線性函數(shù)，則附著估算偏差補(bǔ)償量為：其中：k₁,k₂,…,k_2n-1為互不相等的常數(shù)，n₁,n₂,…n_n-1為滿足0＜n₁＜n₂＜…＜n_n-1的常數(shù)。

更進(jìn)一步，，所述S2.2的具體過程為：

S2.2.1，以名義橫擺角速度ω'_r作為表征橫擺響應(yīng)非線性度的參量：ω'_r＝|ω_nr-ω_r|，其中：ω_nr為采用一階慣性環(huán)節(jié)修正的車輛二自由度模型下得到的轉(zhuǎn)向穩(wěn)態(tài)橫擺響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值，rad/s；ω_r為傳感器測量橫擺角速度，rad/s；

S2.2.2，基于名義橫擺角速度的附著估算偏差補(bǔ)償量為：其中：l₁,l₂,…,l_2n-1為互不相等的常數(shù)，m₁,m₂,…m_n-1為滿足0＜m₁＜m₂＜…＜m_n-1的常數(shù)。

進(jìn)一步，所述S3的具體過程為：

S3.1，選取車輪旋轉(zhuǎn)角加速度、橫向加速度和路面附著系數(shù)為左逆系統(tǒng)的狀態(tài)變量；

S3.2，選取輪轂電機(jī)驅(qū)/制動轉(zhuǎn)矩、縱向加速度為左逆系統(tǒng)的控制變量；

S3.3，左逆系統(tǒng)的輸出是路面附著系數(shù)；

S3.4，待測變量是路面附著系數(shù)，選取直接可測量的橫向加速度，對路面附著系數(shù)進(jìn)行辨識。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過車輛動力學(xué)關(guān)系，用低成本常規(guī)傳感器即可獲得的量昂貴傳感器才可測量的量，有效降低了算法成本；設(shè)計(jì)的一種基于名義橫向加速度和名義橫擺角速度的車輛雙名義量有限分段函數(shù)表征法，該方法可有效補(bǔ)償附著估計(jì)偏差，且所耗費(fèi)計(jì)算少，提高算法實(shí)時(shí)性，并為驗(yàn)證車輪旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型是否存在左逆系統(tǒng)打下基礎(chǔ)；另外，本發(fā)明還證明了所建立的車輪旋轉(zhuǎn)動力學(xué)系統(tǒng)模型存在左逆系統(tǒng)，為后續(xù)用左逆系統(tǒng)估計(jì)路面附著系數(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本發(fā)明不需要對某些參數(shù)進(jìn)行擬合，簡化計(jì)算，也不需要使用昂貴的傳感器，成本低、可靠性高、可廣泛應(yīng)用。

附圖說明

圖1為左逆系統(tǒng)估算分布式電驅(qū)動汽車路面附著系數(shù)的流程圖；

圖2為車輪旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型示意圖；

圖3為左逆系統(tǒng)估算分布式電驅(qū)動汽車路面附著系數(shù)的實(shí)施示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對基于左逆系統(tǒng)的分布式電驅(qū)動汽車路面附著系數(shù)估計(jì)算法作進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，基于左逆系統(tǒng)的分布式電驅(qū)動汽車路面附著系數(shù)估計(jì)算法流程圖，包括步驟：

S1，建立與路面附著系數(shù)有關(guān)的車輪旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型作為左逆系統(tǒng)的原系統(tǒng)模型，如圖2所示；

建立車輪旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型，把車輪旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型代入路面附著系數(shù)定義式，得到與輪轂電機(jī)驅(qū)/制動轉(zhuǎn)矩、四輪轉(zhuǎn)速、四輪垂直載荷有關(guān)的公式；建立橫、縱向加速度作用下的軸荷轉(zhuǎn)移的四輪垂直載荷方程；把四輪垂直載荷方程代入到上述公式中，此時(shí)上述公式中的垂直載荷用橫、縱向加速度表示。

車輪旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型：

由路面附著系數(shù)μ_xij定義有：

把(1)式代入(2)式得：

各輪垂直載荷F_zij：

以左前輪為例，把左前輪垂直載荷代入(3)式，并整理得：

其中：J_w為車輪轉(zhuǎn)動慣量，kg·m²；T_dij為車輪輪轂電機(jī)驅(qū)動力矩，N·m；R為車輪滾動半徑，m；ij分別是fl、fr、rl和rr，分別代表左前輪、右前輪、左后輪和右后輪；是車輪旋轉(zhuǎn)角加速度，rad/s²；m是整車質(zhì)量，kg；g為重力加速度，m/s²；l為軸距，m；a為前軸到車輛質(zhì)心的距離，m；b為后軸到車輛質(zhì)心的距離，m；h_g為汽車質(zhì)心離地高度，m；a_x為傳感器測量縱向加速度，m/s²；a_y為傳感器測量橫向加速度，m/s²；B為前輪輪距，m。

S2，設(shè)計(jì)一種基于名義橫向加速度和名義橫擺角速度的車輛雙名義量有限分段函數(shù)表征法，全面反映車輛轉(zhuǎn)向時(shí)側(cè)偏與橫擺響應(yīng)的非線性狀態(tài)，根據(jù)有限分段函數(shù)與路面附著利用率的關(guān)系設(shè)計(jì)附著估算偏差的補(bǔ)償算法；該補(bǔ)償算法包含在圖1中路面附著估算偏差補(bǔ)償算法這一步驟中；

考慮到路面附著系數(shù)估算的一個(gè)簡單方法是采用橫向加速度信號來衡量利用附著系數(shù)，進(jìn)而估計(jì)峰值附著系數(shù)；汽車轉(zhuǎn)向過程中橫向加速度信號滯后在130～350ms范圍內(nèi)變動，顯然當(dāng)橫向加速度未達(dá)到響應(yīng)的峰值時(shí)，基于這一原則極易導(dǎo)致附著估算偏低；為此日本學(xué)者FUKADA利用基于非線性度的附著偏差補(bǔ)償橫向加速度a_y測量值估算路面附著系數(shù)：

μ＝|G_y|+μ_e (6)

其中：μ_e為附著估算偏差補(bǔ)償量。

S2.1，設(shè)計(jì)基于名義橫向加速度的附著估算偏差補(bǔ)償算法；

用橫向加速度測量值a_y和名義橫向加速度(即車速與橫擺角速度乘積的偏差)來表征車輛側(cè)偏非線性度：

a_ny＝|v_xω_r-a_y| (7)

其中：v_x為車輛縱向車速，m/s；ω_r為橫擺角速度，rad/s；a_ny是基于a_y的非線性度表征量，m/s²；

這里輪邊速度v_i,w近似為縱向車速v_x，可得：

v_i,w＝w_ijR (8)

其中，w_ij為各輪輪速(rad/s)，i＝1，2，3，4，分別代表左前輪、右前輪、左后輪和右后輪；

a.制動工況下，取最大輪速為當(dāng)前縱向車速，即：

v_x＝max{v_1,w,v_2,w,v_3,w,v_4,w} (9)

b.驅(qū)動工況下，取最小輪速為當(dāng)前縱向車速，即：

v_x＝min{v_1,w,v_2,w,v_3,w,v_4,w} (10)

設(shè)計(jì)基于名義側(cè)向加速度有限分段線性函數(shù)，則附著估算偏差補(bǔ)償量為：

其中：k₁,k₂,…,k_2n-1為互不相等的常數(shù)，n₁,n₂,…n_n-1為滿足0＜n₁＜n₂＜…＜n_n-1的常數(shù)。

S2.2，設(shè)計(jì)基于名義橫擺角速度的附著估算偏差補(bǔ)償算法；

以名義橫擺角速度ω'_r作為表征橫擺響應(yīng)非線性度的參量：

ω'_r＝|ω_nr-ω_r| (12)

其中：ω_nr為采用一階慣性環(huán)節(jié)修正的車輛二自由度模型下得到的轉(zhuǎn)向穩(wěn)態(tài)橫擺響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值，rad/s；ω_r為傳感器測量橫擺角速度，rad/s；

根據(jù)車輛二自由度模型得到轉(zhuǎn)向穩(wěn)態(tài)橫擺響應(yīng)：

其中：K為穩(wěn)定性因數(shù)，s²/m²；δ為前輪轉(zhuǎn)角，rad；δ_sw是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，i為轉(zhuǎn)向器傳動系數(shù)；

采用一階慣性環(huán)節(jié)修正轉(zhuǎn)向穩(wěn)態(tài)橫擺響應(yīng)ω_{r_s}得到的穩(wěn)態(tài)值：

其中：T為滯后時(shí)間系數(shù)，s為拉普拉斯算子；

基于名義橫擺角速度的附著估算偏差補(bǔ)償量為：

其中：l₁,l₂,…,l_2n-1為互不相等的常數(shù)，m₁,m₂,…m_n-1為滿足0＜m₁＜m₂＜…＜m_n-1的常數(shù)。

S2.3，選取兩種補(bǔ)償算法所得補(bǔ)償量μ_e1、μ_e2中較小者作為補(bǔ)償量。

假設(shè)以μ_e1作為μ_e為例，將μ_e等效成：

μ_e＝k₁-k₂a_ny (16)

假設(shè)|G_y|為正(即假設(shè)a_y為正)，公式(7)為正，去掉絕對值符號，聯(lián)立公式(6)、(7)，并整理得：

S3，推導(dǎo)證明原系統(tǒng)存在左逆系統(tǒng)；

S3.1，選取車輪旋轉(zhuǎn)角加速度、橫向加速度和路面附著系數(shù)為左逆系統(tǒng)的狀態(tài)變量；

S3.2，選取輪轂電機(jī)驅(qū)/制動轉(zhuǎn)矩、縱向加速度為左逆系統(tǒng)的控制變量；

u＝[u₁ u₂]^T＝[T_dfl a_x]^T (19)

S3.3，左逆系統(tǒng)輸出路面附著系數(shù)；

y＝x₃＝μ_xfl (20)

S3.4，待測變量是路面附著系數(shù)x₃＝μ_xfl，選取直接可測量的橫向加速度a_y＝x₂，對路面附著系數(shù)進(jìn)行辨識，即：x₂對x₃求偏導(dǎo)：

顯然左逆系統(tǒng)存在，系統(tǒng)的矢量相對階α＝1。

圖3所示為左逆系統(tǒng)估算分布式電驅(qū)動汽車路面附著系數(shù)的實(shí)施示意圖。

以上說明僅僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說明書的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明保護(hù)。