CN201610196827.3_一种四轮轮毂电动汽车车速控制方法_行之知识产权综合服务平台

专利名称：	一种四轮轮毂电动汽车车速控制方法
专利名称(英文)：
专利号：	CN201610196827.3	申请时间：	20160331
公开号：	CN105835721A	公开时间：	20160810
申请人：	电子科技大学
申请地址：	611731 四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号
发明人：	辛晓帅; 张文建; 邹见效; 彭超; 张健
分类号：	B60L15/20; B60L15/32	主分类号：	B60L15/20
代理机构：	成都行之专利代理事务所(普通合伙) 51220	代理人：	温利平
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。
摘要(英文)：

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UKF的车速估计方法利用采集的车载传感器信号和带有HSRI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：

{\overset{\cdot}{V}}_{x} = V_{y} γ + a_{y} - - - (1)

其中，V_x为车轮纵向速度，V_y为车轮侧向速度，γ为横摆角速度，a_x为纵向加速度，a_y为侧向加速度，I_z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，T_z为横摆转矩，T_f为前轮轮距，T_r为后轮轮距，F_{x_ij}为车轮纵向力，F_{y_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：量测方程为：其中，Δt为采样时间，w(t)为过程激励噪声，v(t)为测量观观测噪声；状态量控制输入量：u(t)＝[δ,ω_ij]^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V_UKF＝V_x；(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V_wheel，V_wheel＝ω_nmR；其中，ω_mn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s_mn：(3)、依据当前采用的驱动模式以及非驱动轮的滑移率s_mn，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＝V_UKF；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|s_mn|＞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＝V_UKF；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|s_mn|≤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＝V_wheel；(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车速跳变进行平滑滤波处理，得到滤波后的车速V^*；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V_ref(5.1)、利用PID控制器输出总转矩T_c利用PID控制器对车速V^*与期望车速V_ref间的差值e进行控制，输出总转矩T_c，其中，e作为PID控制器的输入，k_p为PID控制器比例系数，k_i为PID控制器积分系数，k_d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T_c计算各个电机的指令转矩T_{e_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。

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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UKF的车速估计方法利用采集的车载传感器信号和带有HSRI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：

{\overset{\cdot}{V}}_{x} = V_{y} γ + a_{y} - - - (1)

其中，V_x为车轮纵向速度，V_y为车轮侧向速度，γ为横摆角速度，a_x为纵向加速度，a_y为侧向加速度，I_z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，T_z为横摆转矩，T_f为前轮轮距，T_r为后轮轮距，F_{x_ij}为车轮纵向力，F_{y_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：量测方程为：其中，Δt为采样时间，w(t)为过程激励噪声，v(t)为测量观观测噪声；状态量控制输入量：u(t)＝[δ,ω_ij]^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V_UKF＝V_x；(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V_wheel，V_wheel＝ω_nmR；其中，ω_mn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s_mn：(3)、依据当前采用的驱动模式以及非驱动轮的滑移率s_mn，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＝V_UKF；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|s_mn|＞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＝V_UKF；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|s_mn|≤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＝V_wheel；(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车速跳变进行平滑滤波处理，得到滤波后的车速V^*；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V_ref(5.1)、利用PID控制器输出总转矩T_c利用PID控制器对车速V^*与期望车速V_ref间的差值e进行控制，输出总转矩T_c，其中，e作为PID控制器的输入，k_p为PID控制器比例系数，k_i为PID控制器积分系数，k_d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T_c计算各个电机的指令转矩T_{e_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。

原文：翻译：

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一种四轮轮毂电动汽车车速控制方法(发明专利)

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