基于KFESO的四轮主动转向积分滑模控制

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2024.01.011

摘要/Abstract

摘要：

为消除参数不确定和外部不确定扰动对四轮转向车辆操纵稳定性的影响，提出了一种基于卡尔曼扩张状态观测器的四轮主动转向非线性积分滑模控制（KFESO-ISMC）方法。首先设计了一种卡尔曼扩张状态观测器（KFESO），实现了车辆状态观测以及外部扰动估计，克服了传统卡尔曼滤波算法对模型参数精度的依赖的缺点。其次为降低外部扰动引起的车辆状态的跟踪误差，将KFESO观测的系统总扰动补偿到控制输入；并为实现全局鲁棒控制和抑制积分饱和现象，设计了四轮主动转向非线性积分滑模控制方法。最后，硬件在环试验结果表明：在存在内外部不确定扰动情况下，KFESO观测器具有较高的观测精度；在四轮主动转向操纵稳定性的控制方面，KFESO-ISMC方法相比LQR和ISMC方法具优良的抗扰性能。

关键词: 四轮主动转向, 线控转向, 扰动观测器, 卡尔曼滤波, 积分滑模控制

Abstract:

In order to eliminate the influence of parameter uncertainty and external uncertain disturbances on the handling stability of four-wheel steering vehicles， a nonlinear integral sliding mode control method based on kalman filter extended state observer for four-wheel active steering is proposed. Firstly， the kalman filter extended state observer （KFESO） is designed to realize the vehicle state observation and external disturbance estimation， which overcomes the disadvantage of traditional kalman filter algorithm's dependence on high-precision models. Secondly， to reduce the tracking control error of the target ideal state of the vehicle caused by disturbances， the disturbance observed by KFESO is compensated to the control input. In order to realize global robust control and suppress integral saturation， a nonlinear integral sliding mode control method based on exponential convergence is designed. Finally， hardware in the loop test results indicate that the KFESO has high observation accuracy in the presence of internal and external uncertain disturbances in the system， and the KFESO-ISMC method has excellent anti-interference performance in controlling the stability of four-wheel active steering compared to LQR and ISMC methods.

Key words: four-wheel active steering, steering by wire, disturbance observer, Kalman filter, integral sliding mode control

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参考文献 24

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参数	名义数值	实际数值
整车质量m/kg	1 500	1 600
前轮轮胎侧偏刚度k_f/（N·rad^-1）	-62 566	-64 562
后轮轮胎侧偏刚度k_r/（N·rad^-1）	-63 566	-63 861
质心到前轴的距离l_f /m	1.25	1.50
质心到后轴的距离l_r /m	1.40	1.22
轴距L/m	2.72	2.72
横摆转动惯量J_z /（kg·m²）	3 950	4 250

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