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专利号: 2020105393996
申请人: 长春理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 一般车辆
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种四轮轮毂电动汽车电液复合制动防抱死协调优化控制方法,其特征在于:其步骤是:步骤一、建立四轮轮毂电动汽车制动系统模型:车辆纵向动力学方程及每个车轮的力矩平衡方程如下:其中,M表示电动汽车整车质量,vx表示制动车速,Fxfl,Fxfr,Fxrl,Fxrr表示四个车轮与地面之间的摩擦力,Fa表示空气阻力,Fs和Fr分别表示坡度阻力和滚动阻力,J表示每个车轮的转动惯量,ωwj表示每个车轮的转动速度,Re表示轮胎有效滚动半径,Tbj表示作用于每个车轮上的制动力矩,ρ是空气质量密度,Ca是空气阻力系数,AF是前车窗迎风面积;

Pacejka魔术公式轮胎模型如下:

Fxj=μj(κj)Fzj                    (4)μj(κj)=Dxsin{Cxarctan[Bxκj‑Ex(Bxκj‑arctan(Bxκj))]}                (5)其中,Fxj表示四个车轮与地面之间的摩擦力,μj表示各个轮胎与地面间的制动力系数,Fzj表示四个车轮的垂向载荷,κj表示各个车轮的滑移率,Bx、Cx、Dx、Ex分别表示轮胎的刚度因子、曲线形状因子、峰值因子和曲线曲率因子;

步骤二、识别路面附着条件与最佳滑移率:

轮胎力达到地面附着极限值,汽车减速度ax也达到最大值,滑移率超过或低于这个值,轮胎力都会减小,通过对电动汽车轮胎模型进行不同路面工况仿真,得到不同路面对应的前后轮最佳滑移率和最大制动减速度;

步骤三、上层滑移率跟踪控制器设计:

将车速vx所对应的车轮转速设为ωv,即:

vx=ωvRe                        (7)根据公式(1)、(2)、(6)有:

其中,

根据公式(7)、(8)、(9)可以推得:

T

式(12)为系统状态空间方程,状态量为四个轮胎的纵向滑移率x=[κfl,κfr,κrl,κrr] ,T控制量为四个车轮总制动力矩u=[Tbfl,Tbfr,Tbrl,Tbrr];

为了跟踪期望滑移率,构建如下优化控制问题:其中,式(14)为优化问题的约束条件,式(12)为系统状态空间方程约束,0≤Tbj(t)≤g0Tmj,max(t)+Thj,max表示各个车轮制动力矩要满足执行器饱和约束;目标函数中的J1、J2、J3、J4具体形式如下:其中,κj,opt表示的是每个轮胎的最佳滑移率,Ts表示采样步长;

根据模型预测控制原理,将优化问题重新描述如下:其中,p为模型预测控制预测时域,Q1、Q2、Q3、Q4分别是四个目标函数的权重;

在时刻k,系统从k+1时刻到k+p时刻的状态预测方程如下:x(k+1|k)=x(k)+f(x(k),u(k))Tsx(k+2|k)=x(k+1|k)+f(x(k+1|k),u(k+1))Tsx(k+p|k)=x(k+p‑1|k)+f(x(k+p‑1|k),u(k+p‑1))Ts其中, 表示状态空间方程;

*

求解全部预测时域内的独立变量序列Uk,然后将其第一个元素u(k)作用于系统,即:* * * * * T

u(k)=[Tbfl(k),Tbfr(k),Tbrl(k),Tbrr(k)]=[1,0,…,0]Uk(k)     (20);

步骤四、下层再生制动与摩擦制动分配控制器设计:根据状态空间方程(12),在最佳滑移率κj,opt处有:其中,ax,opt、vx,opt和μj,opt分别为最佳滑移率时对应的制动减速度、车速和制动力系数;

路面附着系数和最大制动减速赋值给ax,opt和μj,opt,即ax,opt=ax,max、μj,opt=μj,max,然后*令vx,opt=v0,那么可以得到一个接近于期望制动力矩的值Tbj:如果超出约束范围,则设定液压制动与再生制动分配遵循以下规则:*

Thj=Tbj‑b(μj,max)g0Tmj,max(ωmj0),      (23)Tmwj=Tbj‑Thj,    (24)其中,Thj和Tmwj将作为液压执行器和电机执行器的参考输入,ωmj0是在紧急制动刚开始时的轮毂电机转速,Tmj,max(ωmj0)是对应的最大轮毂电机制动转矩,Tbj为上层滑移率控制器优化出的每个车轮所需要的总制动力矩。