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技术

本发明专利技术实施例提供了一种电动汽车整车质量与道路阻力的解耦估计方法，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。本发明专利技术还提供了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。本发明专利技术实施例适用于：动力系统驱动力、制动系统制动转矩可精确获取的电动汽车，包括纯电动、具有纯电起步能力的混合动力电动汽车等；行驶过程中不存在质量变化的电动汽车；估计的道路阻力系数是坡度阻力和滚动阻力的合力，不要求单独估计坡度阻力或滚动阻力。

A decoupling and continuous estimation method of vehicle mass and road resistance of electric vehicle

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及交通
，尤其涉及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。
技术介绍
对于电动汽车(纯电动汽车或混合动力电动汽车)，能量管理是整车控制的重要内容。整车质量和路面阻力，是影响电动汽车能量管理和动力学控制的重要参数。只有准确的获取整车质量和路面阻力参数，才能精确的进行整车瞬时能耗计算，这是能量管理优化控制的基础条件之一。由于整车质量与道路阻力无法直接测量，利用各种方法和算法进行参数估计，是目前业界采用的主要手段。例如，一种利用最小二乘法来同时对质量和坡度进行估计的方法；或采用自适应观测器对质量和坡度进行同时观测，应用Lyapunov方法设计了自适应律，保证了观测的稳定性，在路面坡度发生阶跃变化等剧烈波动行为时，观测效果较好；或利用Kalman滤波器对质量和坡度进行了联合估计的方法。上述整车质量和道路阻力的估计方法，是在二者耦合的动力学分析基础上进行的。在整车纵向动力学方程中，耦合问题使二者的参数估计互相影响，也增加了算法的难度和计算量。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了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，以克服现有技术的缺陷。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。一种电动汽车整车质量与道路阻力的解耦估计方法，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。优选地，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+fcosθ(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，ig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，mt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σm为：当归一化方差σm的值小于设定的阈值σm0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。优选地，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Feq：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、Cd为风阻系数、Av为迎风面积，Tb(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为等效驱动力Feq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：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，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Feq，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Feq，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。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供了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，适用如下范围：(1)动力系统驱动力、制动系统制动转矩可精确获取的电动汽车，包括纯电动、具有纯电起步能力的混合动力电动汽车等。(2)行驶过程中不存在质量变化的电动汽车。(3)估计的道路阻力系数是坡度阻力和滚动阻力的合力，不要求单独估计坡度阻力或滚动阻力。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为起步过程整车质量与路面阻力解耦估计流本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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+fcosθ(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，ig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，mt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σm为：






当归一化方差σm的值小于设定的阈值σm0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。


3.根据权利要求2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Feq：



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、Cd为风阻系数、Av为迎风面积，Tb(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为等效驱动力Feq与0构成的二维列向量，系统输出Y为纵...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏伟，耿聪，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11