[发明专利]一种电动汽车整车质量与道路阻力的解耦及持续估计方法

权利要求书

1.一种电动汽车整车质量与道路阻力的解耦估计方法，其特征在于，包括：起步过程整车质量与路面阻力解耦估计，获取整车质量估计均值及道路阻力系数；

基于所述整车质量估计均值，采用线性全维状态观测器，持续进行车辆行驶过程的道路阻力系数估计；

所述起步过程整车质量与路面阻力解耦估计，获取整车质量估计均值及道路阻力系数，具体包括以下步骤：

定义道路阻力系数为：

μ＝sinθ+f cosθ (1)

其中，f为路面滚动阻力系数，θ为路面坡度角，由(1)式可知，道路阻力系数由滚动阻力系数和坡度角决定，道路阻力是滚动阻力和坡度阻力的和；

定义驱动转矩系数为：

其中，i_g为变速箱速比，i₀为主减速器速比，η传动效率，r为车轮滚动半径；

在汽车起动电控单元初始化时，设定整车质量初值为：

其中，m₀为整备质量，m_t为满载质量，即设定整车质量初值为整备质量和满载质量的平均值，假定两个相邻采样时刻k－1时刻和k时刻的道路阻力系数不变，联列两个采样时刻的汽车纵向动力学方程，采用消元法，得到k时刻的汽车质量的估计值为：

其中，M(k)为k时刻的电机驱动转矩，为k时刻的整车纵向加速度，a为驱动转矩系数，由式(2)定义，δ为旋转质量等效系数；

n个采样点质量估计均值和归一化方差σ_m为：

当归一化方差σ_m的值小于设定的阈值σ_m0时，质量估计值已经稳定，停止估计，将此时整车质量估计值的均值作为估计质量的最终结果，对应该估计质量的道路阻力系数为：

其中，n为停止质量估计时的采样次数，g为重力加速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述整车质量估计均值，采用线性全维状态观测器，持续进行车辆行驶过程的道路阻力系数估计，包括：

将(5)式得出的整车质量估计值作为整车质量估计的最佳值，在行驶过程中整车质量保持为常数；

定义等效驱动/制动力F_eq：

其中，M为驱动电机或动力总成驱动转矩，驱动时M为正值，若有回馈制动功能，制动时M为负值；v为车速，ρ为空气密度、C_d为风阻系数、A_v为迎风面积，T_b(i)为各车轮制动器的制动力矩，r为车轮滚动半径；

设系统状态向量X为纵向速度v、道路阻力系数μ构成的二维列向量，输入量U为等效驱动/制动力F_eq与0构成的二维列向量，系统输出Y为纵向速度v：

系统状态空间模型为：

式(10)中，矩阵A、B、C分别为：

设系统观测反馈矩阵为：

式(12)中λ₁、λ₂是闭环系统特征值，均为负实数；

利用系统输入量U、输出量Y、观测反馈矩阵G，设计线性全维状态观测器，实现对系统状态向量X的估计，线性全维状态观测器闭环系统状态方程可表示为：

将矩阵微分方程(13)离散化为差分方程并求解之，得到对系统状态向量X，即道路阻力系数μ的实时估计，在系统常数矩阵A、B、C、G确定后，按方程(13)进行的道路阻力系数估计，在车辆起步后的行驶过程中是实时连续进行的，以估计可能不断变化的道路阻力情况；

当已知路面滚动阻力系数f时，根据道路阻力系数μ的估计值，可得到道路坡度角为：

3.一种行驶循环工况下的整车质量与道路阻力的持续估计方法，其特征在于，利用权利要求2所述的电动汽车整车质量与道路阻力的解耦估计方法，具体步骤包括：

1)VCU初始化：当启动开关打开至ON位置时，VCU依次实现上电、自检、初始化，将整车质量和道路阻力估计需要的参数变量赋值；

2)车辆起步的首次整车质量估计：汽车质量赋初值为整备质量和满载质量的平均值，按(1)～(7)式进行首次质量估计，收敛后将质量估计值均值作为整车质量估计的最佳值；

3)根据车辆加速度实施不同的道路阻力估计：首次整车质量估计收敛后，认为整车质量是常数；

当加速度大于或等于零时，整车处于加速或匀速行驶阶段，按(8)式的等效驱动力公式计算F_eq，求解微分方程(13)，进行驱动过程的道路阻力估计；

当加速度小于零时，整车处于减速制动行驶阶段，按(8)式的等效制动力公式计算F_eq，求解微分方程(13)，进行制动过程的道路阻力估计；

当车速不为零时，通过加速度的正负，持续进行驱动和制动过程的道路阻力估计；

4)停车状态的判断和决策：当车速为零时，车辆停车，此时通过起动开关判断驾驶员驾驶意图；

如果启动开关处于OFF位置，表明驾驶意图是长时间停车，结束程序运行；

如果启动开关仍然处于ON位置，表明是临时停车，等待驾驶员再次起步；

5)临时停车后的整车质量再次估计：当车辆停车后再次起步时，汽车上/下乘客或装卸货物，整车质量将有变化，重新进行质量估计；此时将停车前的整车质量估计收敛值，作为下一轮质量估计的初值，返回质量估计模块，重新进行质量估计。