电动汽车稳定性控制研究.doc

电动汽车稳定性控制中的车体侧偏角观测器研究 耿聪1，堀洋一2，青木良文2 （1.东京大学 电气系, 东京都 东京市 153-8505; 2.东京大学 生产技术研究所, 东京都 东京市 153-8505） 摘 要：采用轮毂电机独立驱动的电动汽车可采用直接横摆力矩控制（Direct Yaw-moment Control, DYC）等稳定性控制，而车体侧偏角（简称β角）是稳定性控制中的重要参数。直接测定车体侧偏角的传感器相当昂贵，所以我们需要从能够容易测得的参数来进行车体侧偏角的推测。Hori研究室设计了一种用于β角推测的观测器，并充分考虑了车辆运行工况变化所引起的系统模型参数变化，进行了观测器鲁棒性设计以及轮胎侧偏刚度在线辨识，使观测器具备了足够的鲁棒性来克服大的模型误差影响，试验结果证明了该观测器的有效性。 关键词：电动汽车；车辆稳定性控制；车体侧偏角；观测器 Design of Body Slip Angle Observer for Electric Vehicle Stabilization Control with Driven-Motor-in-Wheels Geng Cong1, Hori Yoichi2, Yoshifumi Aoki2 Department of Electrical Engineering, the University of Tokyo, Tokyo 153-8505, Japan; 2. Institute of Industrial Science, the University of Tokyo, Tokyo 153-8505, Japan.） Corresponding author: GENG Cong, E-mail: geng@horilab.iis.u-tokyo.ac.jp Abstract: Body slip angle (β angle) is important for electric vehicle (EV) motion control with driven-motor-in-wheels. However，as sensors to measure β are very expensive, we need to estimate β from only variables to be measurable. In this paper, Hori lab propose a novel method forβobservation based on yaw rate and side acceleration . To make this observer more robust, we design the observer’s gain matrix for robustness and propose how to identify cornering power at each tire. Experiments performed by UOT March Ⅱ EV proved the method. Key words: Electric Vehicle, Vehicle Stabilization Control, Body Clip Angle (β angle), Observer 简介 如文献[1]所述，以往提出的多种β角推测方法通常都具有较大的复杂性而难以实施。Hori研究室提出的β角观测器是在易于实施的线性观测器基础上进行了反馈矩阵鲁棒性设计，并采用了β角与轮胎侧偏刚度互相推测的在线辨识方法，克服了模型误差的影响，从而显著提高了β角的推测精度和鲁棒性[2]。 轮毂电机式电动汽车模型 通常采用的四轮车辆模型由于具有非线性特性，不能应用于线性观测器的设计中。因此我们使用了如图1所示的电动汽车的双轮二自由度运动模型。 图1 电动汽车的二自由度运动模型 图1中，P为车辆的重心，为P到前轴的距离，为P到后轴的距离，为前轮侧偏角，为后轮侧偏角，为转向轮的转向角度，v为车速。 将、作为状态量，系统的状态方程如式（1）所示: （1） 其中， ，， 分别是每个轮的侧偏刚度，其定义如式（2）、（3）所示。 （2） （3） N是由各轮毂电机驱动力分配所产生的车体横摆力矩，由式(4)表示。 （4） ，，，分别为左前、右前、左后、右后轮胎纵向力。 β角观测器的构造 图2为本文构造的β角全阶观测器的结构示意图。为充分反映车辆在线性区和非线性区的运行状态，将全部的状态变量（车辆横摆角速度和车体侧滑角β）