电动汽车动力学系统建模方法技术方案

技术编号:15378294 阅读:125 留言:0更新日期:2017-05-18 21:50
本发明专利技术提供一种电动汽车动力学系统建模方法,建立侧向动力学车辆的非线性模型,建立电动汽车的2DOF线性车辆模型,建立电动汽车半不确定动力学模型,进行电动汽车半不确定动力学模型的鲁棒控制实验。本发明专利技术所提出的电动汽车半不确定动力学模型自身考虑了稳定性问题,因此,在车辆转向控制器设计时无需车身侧偏角信息,只需控制横摆角速率就可以达到双变量联合控制的效果,在车辆自身参数存在摄动和外界环境存在不确定干扰时,基于电动汽车半不确定动力学模型的鲁棒控制器能够很好地抑制以上不确定干扰,确保车辆安全稳定地实施转向。

Modeling method of electric vehicle dynamics system

The invention provides an electric vehicle dynamics system modeling method, the model of nonlinear lateral dynamics of the vehicle, 2DOF linear vehicle model of the electric vehicle, the electric vehicle semi uncertain dynamics model of electric vehicle semi uncertain dynamics model control experiment. The electric vehicle semi uncertain dynamics model considering its stability problem, therefore, in vehicle steering controller design without the vehicle side slip angle information, only need to control the yaw rate can reach double variable control effect exists in the vehicle dynamic parameters and environmental disturbances when the electric vehicle semi uncertain robust controller dynamic model can effectively reduce the uncertainty based on the above, to ensure the safety of vehicles to implement steering stability.

【技术实现步骤摘要】
电动汽车动力学系统建模方法
本专利技术涉及电动汽车侧向主动避撞
,尤其涉及一种电动汽车动力学系统建模方法。
技术介绍
随着科学技术的发展与人民生活水平的日益提高,电动汽车在家用车领域越来越普及,电动汽车的侧向主动避撞技术作为汽车驾驶安全的一项关键技术,越来越受到广大科技工作者的关注,在现有技术中,电动汽车动力学系统建模方法主要:2自由度(Degree-of-freedom,DOF)二维平面模型,即自行车模型,该模型结构最简单,应用最广泛,该模型考虑了车辆侧向和横摆运动,集中反映了汽车的主要性能,并且汽车性能参数最少,其运动方程为两个一阶微分方程,并可求其解析解,可以从理论的角度分析车辆操纵性能,得到的结论具有普遍性和实用性。车辆2DOF模型理论分析与试验结构在定性和定量方面都有较好的一致性,是其他多自由度车辆模型所无法比拟的(非专利文献1)。韩国的K.Yi等人使用车辆2DOF模型研究了前后轮独立驱动电动汽车的操纵性、侧向稳定性和防侧翻等性能(非专利文献2)。日本东京大学Hori教授使用车辆2DOF模型,结合侧向轮胎力传感器所获取的侧向轮胎力信息和车身侧偏角非线性观测器来估计车身侧偏角,并设计了侧向稳定控制系统(非专利文献3)。Du等人出于对参数不确定和控制饱和因素的考虑,基于车辆2DOF模型设计了车辆鲁棒横摆力矩控制器以改善车辆操纵性和稳定性(非专利文献4)。Geng等人针对轮毂电机电动汽车设计了基于车辆2DOF线性模型的车身侧偏角模糊观测器,并实现了车辆的直接横摆力矩控制。车辆2DOF模型涉及的汽车性能参数较少,模型推导时只考虑车辆转向时其纵向速度恒定不变或变化很小的情况。当考虑纵向速度是变化的情况时,便建立了3DOF车辆模型,即涉及车辆的纵向、侧向和横摆运动,该模型实际上仍为二维平面模型。考虑车辆倾翻危险的侧倾运动,再结合侧向和横摆运动,则可建立真正意义上的三维平面的3DOF车辆模型(非专利文献5)。Wilkin等人基于3DOF车辆模型设计了轮胎力估计器(非专利文献6)。SangohHan等人设计了车辆侧向运动的监测系统。该监测系统由三部分组成,第一部分使用车辆2DOF模型设计了滑模观测器来估计侧向速度;第二、三部分对车身侧偏角估计的研究是基于车辆的3DOF模型开展的。为了更好地了解车辆动力学特性与设计稳定可靠的控制器以提高车辆操纵稳定性,考虑多因素、多自由度的车辆模型至关重要(非专利文献7)。美国Ray基于车辆5DOF模型设计了一个扩展卡尔曼滤波器来获得车辆侧向动力学和轮胎力的历史数据(非专利文献8)。随后,Ray基于车辆9DOF模型估计了每个轴上的车俩动力学状态和侧向轮胎力(非专利文献9)。针对四轮转向系统,华南理工大学建立了多自由度车辆非线性模型,并推导出动力方程,具有一定的实用性(非专利文献10)。无论采用多少自由度的车辆模型,控制器的设计大都考虑横摆角速率和车身侧偏角两个被控变量,横摆角速率信息可以由陀螺仪直接测量获得,而车身侧偏角则由于检测装置成本较高而难以在车辆系统中商品化,人们为了追求较好的控制性能提出了很多间接测量车身侧偏角的方法,无形中就增加了车辆控制器的计算负担,传统的车辆动力学模型中没有反应车辆的稳定性信息。因此,本领域的专业技术人员需要迫切解决的一个技术问题就是:如何提出一种新的车辆动力学系统建模方法,融合车辆侧向运动的稳定性条件,使车辆的单变量(横摆角速率)侧向控制效果完全可以达到双变量(横摆角速率和车身侧偏角)联合控制的效果。现有技术文献:非专利文献:非专利文献1:杜峰.基于线控技术的四轮主动转向汽车控制策略仿真研究,长安大学,2009;非专利文献2:JuyongKang等,DrivingControlAlgorithmforManeuverability,LateralStability,andRolloverPreventionof4WDElectricVehicleswithIndependentlyDrivenFrontandRearWheels,IEEETransactionsonVehicularTechnology,2011,7(60),2987-3001页;非专利文献3:KanghyunNam等,LateralStabilityControlofIn-wheel-motor-drivenElectricVehicleBasedonSideslipAngleEstimationUsingLateralTireForceSensors,IEEETransactionsonVehicularTechnology,2012,5(61),1972-1985页;非专利文献4:DuHP等,StabilizingVehicleLateralDynamicswithConsiderationsofParameterUncertaintiesandControlSaturationthroughRobustYawControl,IEEETransactionsonVehicularTechnology,2010,5(59),2593-2597页非专利文献5:GengC,DirectYaw-MomentControlofanIn-Wheel-MotoredElectricVehicleBasedonBodySlipAngleFuzzyObserver,IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2009,5(56),1411-1419页;非专利文献6:WilkinMA等,UseofanExtendedKalmanFilterasARobustTypeForceEstimator,VehicleSystemDynamics,2006,Supplement1(44),50-59页;非专利文献7:SangohHan等,MonitoringSystemDesignforLateralVehicleMotion,IEEETransactionsonVehicularTechnology,2011,4(60),1394-1403页;非专利文献8:RayLauraR,NonlinearStateandTireForceEstimationforAdvancedVehicleControl,IEEETransactionsonControlSystemsTechnology,1995,1(3),117-124页;非专利文献9:RayLauraR,NonlinearTireForceEstimationandRoadFrictionIdentificationSimulationandExperiments,Automatica,1997,10(33),1819–1833页;非专利文献10:姚永建等,四轮转向汽车的非线性模型及其动力方程,华南理工大学学报(自然科学版),2003,11(31),49-52页。
技术实现思路
本专利技术公开了一种电动汽车动力学系统建模方法。包括以下步骤:S1:建立侧向动力学车辆的非线性模型,所述动力学车辆的非线性模型为在车辆侧向运动的平面上,根据牛顿第二定律推导出电动汽车侧向动力学的四轮非线性模型;S2:建立电动汽车的本文档来自技高网
...
电动汽车动力学系统建模方法

【技术保护点】
一种电动汽车动力学系统建模方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:建立侧向动力学车辆的非线性模型,所述动力学车辆的非线性模型为在车辆侧向运动的平面上,根据牛顿第二定律推导出电动汽车侧向动力学的四轮非线性模型;S2:建立电动汽车的2DOF线性车辆模型,所述电动汽车的2DOF线性车辆模型是将电动汽车的四轮非线性车辆模型简化为两轮非线性车辆模型,通过小角近似算法处理,将电动汽车的两轮非线性模型转化为两轮线性模型;S3:建立电动汽车半不确定动力学模型,结合电动汽车运行动力学的稳定约束条件和2DOF线性车辆模型,推算出电动汽车半不确定动力学模型的确定部分,结合参数摄动,得到电动汽车半不确定动力学模型;S4:进行电动汽车半不确定动力学模型的鲁棒控制实验,将电动汽车半不确定动力学模型整理成鲁棒控制中的模型表示形式,设计H

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车动力学系统建模方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:建立侧向动力学车辆的非线性模型,所述动力学车辆的非线性模型为在车辆侧向运动的平面上,根据牛顿第二定律推导出电动汽车侧向动力学的四轮非线性模型;S2:建立电动汽车的2DOF线性车辆模型,所述电动汽车的2DOF线性车辆模型是将电动汽车的四轮非线性车辆模型简化为两轮非线性车辆模型,通过小角近似算法处理,将电动汽车的两轮非线性模型转化为两轮线性模型;S3:建立电动汽车半不确定动力学模型,结合电动汽车运行动力学的稳定约束条件和2DOF线性车辆模型,推算出电动汽车半不确定动力学模型的确定部分,结合参数摄动,得到电动汽车半不确定动力学模型;S4:进行电动汽车半不确定动力学模型的鲁棒控制实验,将电动汽车半不确定动力学模型整理成鲁棒控制中的模型表示形式,设计H∞鲁棒控制器,抑制车辆侧向运动中侧向风的不确定干扰。2.根据权利要求1所述的电动汽车动力学系统建模方法,其特征在于,所述侧向动力学车辆的非线性模型包括车辆的侧向运动动力学模型和横摆运动动力学模型。3.根据权利要求1所述的电动汽车动力学系统建模方法,其特征在于,所述小角近似算法是当角度q很小时,满足sinθ≈θ,cosθ≈1。4.根据权利要求1所述的电动汽车动力学系统建模方法,其特征在于,所述步骤S2包括:S21:将电动汽车侧向动力学的四轮非线性模型简化为两轮非线性模型,由于电动汽车的两个前轮的行驶状态一致、两个后轮的行驶状态一致,因此,可以将四轮非线性模型简化为两轮非线性模型;S22:通过小角近似算法处理,将电动汽车的两轮非线性模型转化为两轮线性模型,由于电动车在高速行驶过程中,前轮转向角相对较小,可以结合小角近似算法原理,计算得出两轮车辆的侧向动力学...

【专利技术属性】
技术研发人员:廉宇峰李丙林刘克平
申请(专利权)人:长春工业大学
类型:发明
国别省市:吉林,22

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1