【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于分布式驱动电动汽车控制，尤其涉及一种基于状态估计的分布式驱动预稳定控制系统及方法。
技术介绍
1、分布式驱动汽车是属于新能源汽车中的一种类型。分布式电机驱动汽车的车轮驱动和制动力只需通过电机和电机控制器作用产生，省去传统的传动系统，因此响应速度更快，响应精度更高，力矩可控性、可测性更强。全轮驱动的轮毂电机电动汽车，各个轮毂电机可同时产生驱动转矩或者制动转矩，进而产生一个横摆力矩，以修正车辆的行驶状态。因此，电机转矩分配方法不再局限于单轮控制或者双轮控制，分配方式可以扩展至对多个目标优化分配。因此分布式电机驱动汽车在驱动转矩分配、主动安全控制、空间布置方面相对于传统汽车具有明显的优势。
2、现有的研究主要集中在根据传感器采集到的当前状态反馈信号来判断车辆的稳定性，仅在车辆已经处于不稳定的情况下进行干预。如何判断车辆在未来一段时间内的预稳定性仍需进一步研究。并且现有的稳定性控制方法仅依靠传感器反馈的当前状态来判断车辆是否处于失稳状态，在车辆稳定性控制中存在一定的控制滞后，导致车辆失稳的风险较大。随着车辆的发展，动力越来越强，最高车速越来越高，对控制功能提出了更高的要求，反馈控制难以保证车辆安全。
技术实现思路
1、本专利技术实施例的目的在于提供一种基于状态估计的分布式驱动预稳定控制系统及方法，旨在解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、本专利技术实施例是这样实现的，一种基于状态估计的分布式驱动预稳定控制系统，包括数据采集模块、中央处理模块和控制执行模块
3、所述数据采集模块包括方向盘转角传感器、轮速传感器、加速度传感器、陀螺仪以及车辆参数单元，其中，所述车辆参数单元内存储有本车车辆结构固定参数信息；
4、所述中央处理模块用于执行控制方法计算，首先接收由方向盘转角传感器、轮速传感器、加速度传感器、陀螺仪以及车辆参数单元的信号；根据滑膜观测器原理计算车辆驱动轮的纵向力与侧向力；根据纵向力与侧向力通过无迹卡尔曼滤波原理计算本车的横摆角速度、质心侧偏角等主要状态参数；通过基于泰勒展开式的状态趋势进行状态趋势预测，预测未来时间测量的状态；根据预测得到的未来汽车状态，通过相平面和横摆角速度门限值的原理进行预稳定性判断；当汽车即将失稳时，计算需要的横摆力矩并开启预稳定性控制模式，并通过扭矩矢量分配的方法进行四轮扭矩分配，得到四轮需要分配的扭矩；
5、所述控制执行模块用于根据中央处理模块计算得出的结果，向驱动电机发出扭矩控制指令，使四轮扭矩达到计算扭矩。
6、进一步的技术方案，所述本车车辆结构固定参数信息包括车轮转动惯量、轮胎有效半径、车身转动惯量以及质心到前后轴距离。
7、本专利技术实施例的另一目的在于，一种基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，包括以下步骤：
8、步骤1：利用方向盘转角传感器采集方向盘转角，利用轮速传感器采集四轮的轮速，利用加速度传感器采集车辆纵向和侧向加速度，接受来自车辆参数单元的汽车参数；
9、步骤2：根据车轮扭矩、车轮转动惯量以及轮胎有效半径，运用滑膜观测器原理，计算车辆四个车轮的纵向力；
10、步骤3：根据方向盘转角，基于汽车自身转向系统传动比，计算汽车前轮转角；
11、步骤4：根据车辆横摆转动惯量、质心到前轴的距离以及质心到后轴的距离，用滑膜观测器原理，计算车辆前轴的侧向力与后轴的侧向力；
12、步骤5：根据车辆的轮胎纵向力与侧向力以及车辆自身参数，运用无迹卡尔曼滤波原理计算汽车质心侧偏角、横摆角速度及车速；
13、步骤6：根据汽车质心侧偏角、横摆角速度、质心侧偏角加速度以及横摆角加速度，基于泰勒展开式的趋势预测原理，预测汽车下一时刻的状态；
14、步骤7：根据得到的车辆预测横摆角速度与质心侧偏角，基于相平面理论和横摆角速度门限值的原理，判断汽车的预稳定性；
15、步骤8：根据理想横摆角速度与横摆角速度偏差，基于模型预测控制算法的原理，计算车辆即将失稳时所需要的恢复稳定的横摆角速度；
16、步骤9：根据车辆四轮轮荷负载最小的方法，基于二次规划的方法，进行扭矩矢量分配；
17、步骤10：根据计算得到的扭矩，运用pid算法控制驱动电机输出理想的扭矩。
18、进一步的技术方案，在所述步骤2中，汽车轮胎纵向力的计算公式如下：
19、；
20、；
21、式中，为驱动轮扭矩，i=fl、fr、rl、rr；为驱动轮纵向力，i=fl、fr、rl、rr；为轮胎有效半径；为车轮转动惯量；为纵向轮胎力滑膜增益；为纵向轮胎力反馈增益；为驱动轮角速度；为驱动轮角速度观测值；为驱动轮角加速度观测值；为调节参数。
22、进一步的技术方案，在所述步骤3中，汽车前轮转角的计算公式如下：
23、；
24、式中，为方向盘转角 ，为前轮转角 ，q为转向器传动比。
25、进一步的技术方案，在所述步骤4中，汽车轮胎纵向力的计算公式如下：
26、；
27、；
28、；
29、式中，为横摆角加速度观测值，为横摆角速度观测值，为车辆横摆角速度，为车辆质心纵向加速度，m为车辆质量，为质心到前轴的距离，为质心到后轴的距离，为转动惯量，为车辆前轴纵向力，为车辆前轴侧向力，为车辆后轴侧向力，为前轴侧向轮胎力滑膜增益，为前轴侧向轮胎力反馈增益，为后轴侧向轮胎力滑膜增益，为后轴侧向轮胎力反馈增益。
30、进一步的技术方案，在所述步骤5中，基于无迹卡尔曼滤波的汽车状态的观测方法如下：
31、其中系统的状态变量，输入变量，观测量，系统状态方程为：
32、；
33、；
34、观察方程为：
35、；
36、；
37、式中，为车辆横摆角速度 ，为车辆质心侧偏角 ，为车辆纵向速度。
38、进一步的技术方案，在所述步骤6中，基于泰勒展开式的趋势预测预测得到汽车状态为：
39、；
40、；
41、式中：t为当前时间，为预测时间。
42、进一步的技术方案，在所述步骤7中，趋势预测预测得到汽车状态为：
43、；
44、；
45、式中：、为稳定性边界系数，为理想横摆角速度，为横摆角速度门限值。
46、进一步的技术方案，在所述步骤8中，基于模型预测控制理论的横摆力矩的计算如下：
47、；
48、；
49、式中：；；；；；；为车辆纵向速度，为车辆前轴侧偏刚度，为车辆后轴侧偏刚度，为横摆力矩。
50、进一步的技术方案，在所述步骤9中，基于轮胎负荷最小本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于状态估计的分布式驱动预稳定控制系统，其特征在于，包括数据采集模块、中央处理模块和控制执行模块；
2.根据权利要求1所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制系统，其特征在于，所述本车车辆结构固定参数信息包括车轮转动惯量、轮胎有效半径、车身转动惯量以及质心到前后轴距离。
3.一种基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，基于权利要求1和2任一项所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制系统，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，汽车轮胎纵向力的计算公式如下：
5.根据权利要求4所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，其特征在于，在所述步骤3中，汽车前轮转角的计算公式如下：
6.根据权利要求5所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，其特征在于，在所述步骤4中，汽车轮胎纵向力的计算公式如下：
7.根据权利要求6所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，其特征在于，在所述步骤5中，基于无迹卡尔曼滤波的汽车状态的观测
8.根据权利要求7所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，其特征在于，在所述步骤6中，基于泰勒展开式的趋势预测预测得到汽车状态为：
9.根据权利要求8所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，其特征在于，在所述步骤7中，趋势预测预测得到汽车状态为：
10.根据权利要求9所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，其特征在于，在所述步骤8中，基于模型预测控制理论的横摆力矩的计算如下：
11.根据权利要求10所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，其特征在于，在所述步骤9中，基于轮胎负荷最小的扭矩分配的代价函数为：
12.根据权利要求11所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，其特征在于，在所述步骤10中，四轮扭矩的分配如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于状态估计的分布式驱动预稳定控制系统，其特征在于，包括数据采集模块、中央处理模块和控制执行模块；
2.根据权利要求1所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制系统，其特征在于，所述本车车辆结构固定参数信息包括车轮转动惯量、轮胎有效半径、车身转动惯量以及质心到前后轴距离。
3.一种基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，基于权利要求1和2任一项所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制系统，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，汽车轮胎纵向力的计算公式如下：
5.根据权利要求4所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，其特征在于，在所述步骤3中，汽车前轮转角的计算公式如下：
6.根据权利要求5所述的基于状态估计的分布式驱动预稳定控制方法，其特征在于，在所述步骤4中，汽车轮胎纵向力的计算公式如下：
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