[发明专利]一种基于滑模观测器的车辆运行状态非线性鲁棒估计方法有效
申请号: | 201110420044.6 | 申请日: | 2011-12-15 |
公开(公告)号: | CN102529976A | 公开(公告)日: | 2012-07-04 |
发明(设计)人: | 李旭;陈伟;黄金凤 | 申请(专利权)人: | 东南大学 |
主分类号: | B60W40/10 | 分类号: | B60W40/10;B60W40/105 |
代理公司: | 南京天翼专利代理有限责任公司 32112 | 代理人: | 朱戈胜 |
地址: | 210096 *** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 观测器 车辆 运行 状态 非线性 估计 方法 | ||
1.一种基于滑模观测器的车辆运行状态非线性鲁棒估计方法,其特征在于:本方法针对目前应用较多的前轮转向四轮汽车,设计了基于非线性汽车动力学模型的滑模观测器,通过滑模观测器的估计递推实现对汽车纵向前进速度、横摆角速度、侧向速度以及质心侧偏角等信息的准确、鲁棒估计,具体步骤包括:
1)建立车辆运行状态的滑模观测器:
采用三自由度的汽车非线性动力学模型,该模型的状态空间方程形式如下:
式(1)中,x1、x2和x3为滑模观测器的三个状态,且x1=vx,x2=ωz,x3=vy,vx、vy及ωz分别是汽车的纵向前进速度、侧向速度和横摆角速度;
δf、Ftf和Ftr为三个外输入变量,其中δf是前轮转向角,Ftf是作用在单个前轮上的纵向力,Ftr是作用在单个后轮上的纵向力;
式(1)中各函数fj(j=1,2,3)和gj(j=1,2,3)的取值如下
在所述fj(j=1,2,3)和gj(j=1,2,3)中,m和Iz分别是车辆的质量和绕过质心垂向轴的转动惯量,a是汽车前轮轮轴中心到质心的距离,b是汽车后轮轮轴中心到质心的距离,Cαf、Cαr分别表示前、后轮胎的侧偏刚度,Cd表示空气阻力系数,Af表示车辆前向面积,ρa代表空气密度;
对于状态x1和x2,分别对应vx和ωz,它们与后轮轴上两个非转向车轮的轮速有以下关系:
vx=(VRL+VRR)/2
ωz=(VRL-VRR)/TW (2)
式(2)中,TW是后轮轴上两个后轮间的轮距,VRL和VRR分别代表左后轮和右后轮的线速度,即两个非转向轮的车轮线速度;
状态x1和x2为可以直测得到的量,而状态x3为无法直接测得的量而需通过滑模观测器来估计;
对于式(1)所示的车辆模型,提出并建立如下的滑模观测器模型:
式(3)中,和分别表示x1、x2和x3的计算估计值,lj(j=1,2)是滑模面之外的误差收敛增益,而kj(j=1,2)和τj(j=1,2)则表示了滑模面上的误差收敛增益,sgn(.)是sign函数,即符号函数;s1和s2被定义为滑模观测器的可直测状态x1、x2与各自的估计值之间的误差,即
2)进行离散化的估计递推:
在实际的估计过程中,需采用离散化的估计递推形式,为此,将上述设计的滑模观测器即式(3)进行离散化处理,
式(5)中,k表示离散化时刻,T表示离散的周期,tanh(.)是双曲正切函数,λ是一个用来调整双曲正切函数倾斜程度的设计参数,v′x和ω′z分别表示通过轮速传感器测量获得的车辆纵向前进速度和横摆角速度,即v′x和ω′z分别表示vx和ωz的含有噪声的测量值;
在上述滤波递推计算过程中,可确定汽车在每个时刻的纵向前进速度vx(k)、横摆角速度ωz(k)和侧向速度vy(k),进而根据下式可确定每个时刻的质心侧偏角
β(k)=arctan[vy(k)/vx(k)] (6)。
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