[发明专利]基于状态观测器的四驱电动汽车速度与道路坡度估计方法

说明书

本发明公开了一种基于状态观测器的四驱电动汽车速度与道路坡度估计方法，首先建立三自由度车辆模型；然后车辆状态观测器设计：以车辆传感器测量的车轮转动角速度与纵向加速度作为输入，采用全维状态观测器理论，选取车辆纵向速度测量值与纵向速度估计值的差值作为校正项，对车辆纵向速度设计车辆纵向速度观测器；再以纵向速度估计值与纵向加速度作为输入，设计道路坡度估计观测器；最后将道路坡度的估计值反馈回纵向车速观测器中，完成基于状态观测器的四驱电动汽车速度与道路坡度估计。

技术领域

本发明涉及一种基于状态观测器的四驱电动汽车速度与道路坡度估计方法，属于车辆状态估计技术领域。

背景技术

电动汽车作为新型能源汽车的代表，与传统的汽油车相比，在清洁、环保、节能等方面具有明显的优势。因此，随着电动汽车的拥有量逐年增加，其操纵稳定性和主动安全性问题也受到广泛关注。

电动汽车主动安全控制系统能有效地提高车辆操纵稳定性，减少交通事故的发生。有效地实现控制逻辑的前提是准确地获取车辆的行驶状态信息。然而，由于生产成本和测量误差等因素，在大规模生产车辆中，车载传感器无法直接测量部分车辆运行状态信息。因此，利用可测车辆状态信息设计观测器来估计无法测量的车辆状态信息已逐渐成为研究热点。

其中，准确已知车辆的纵向速度、道路坡度等是自主驾驶车辆控制的基础，以自动变速为例，准确地已知行驶道路坡度及纵向车速是车辆自动变速的关键。因此，有必要设计一种观测器方法对纵向速度与坡度进行有效的估计。

发明内容

为解决电动汽车参数估计困难问题，本发明提供一种基于状态观测器的四驱电动汽车速度与道路坡度估计方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于状态观测器的四驱电动汽车速度与道路坡度估计方法，包括以下步骤：

步骤一、建立三自由度车辆模型；

步骤二、车辆状态观测器设计：以车辆传感器测量的车轮转动角速度与纵向加速度作为输入，采用全维状态观测器理论，选取车辆纵向速度测量值v_x,i与纵向速度估计值的差值作为校正项，对车辆纵向速度设计车辆纵向速度观测器；再以纵向速度估计值与纵向加速度作为输入，设计道路坡度估计观测器；最后将道路坡度的估计值反馈回纵向车速观测器中，完成基于状态观测器的四驱电动汽车速度与道路坡度估计。

进一步地，所述步骤一建立的三自由度车辆模型为：

其中，m是汽车总质量，单位kg；r为汽车的横摆角速度，单位rad/s；v_x是在车体坐标系下的纵向速度，单位m/s；v_y是车辆在车体坐标系下的侧向速度，单位m/s；F_xi，i＝1,...,4，分别表示车辆的左前纵向轮胎力、右前纵向轮胎力、左后纵向轮胎力、右后纵向轮胎力,单位N；F_yi，i＝1,...,4，分别表示车辆的左前侧向轮胎力、右前侧向轮胎力、左后侧向轮胎力、右后侧向轮胎力,单位N；θ为道路坡度，单位deg；C_x为纵向空气阻力系数；g为重力加速度，单位N/kg。

进一步地，所述步骤二设计的车辆纵向速度观测器及道路坡度估计观测器为：

其中，a_x为车辆的纵向加速度，单位m/s²；m是汽车总质量，单位kg；r为汽车的横摆角速度，单位rad/s；v_x是在车体坐标系下的纵向速度，单位m/s；θ为道路坡度，单位deg；C_x为纵向空气阻力系数；g为重力加速度，单位N/kg；