[發明專利]基于動態控制分配的四驅電動汽車動力學多目標控制系統

有效

• 申請號: 201710917407.4
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107719372B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 武冬梅;袁佳威;鄭敏
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B60W40/064
• 分類號: B60W40/064;B60W40/105;B60W40/112;B60W40/13;B60W50/00;B60L15/20
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡琳萍

1.一種基于動態控制分配的四驅電動汽車動力學多目標控制系統，其特征在于，

包括狀態測量和估計模塊、運動決策模塊、輪胎力控制分配模塊、執行器動態控制分配模塊和執行系統控制模塊；

所述狀態測量和估計模塊，用于對車輛狀態和參數信息進行測量和估計，為動力學控制提供所需信號；

所述運動學決策模塊，用于通過建立四驅電動汽車動力學控制模型，得到車輛期望縱向驅動力和橫擺力矩，作為輪胎力控制分配模塊的目標輸入；

輪胎力控制分配模塊，用于綜合安全和節能為控制目標，進行輪胎力控制分配，得到四個車輪有期望輪胎力，作為執行器動態控制分配模塊的目標輸入；

執行器動態控制分配模塊，是考慮執行器動態特性，利用模型預測控制方法，進行執行器的動態控制分配，得到驅動電機和液壓制動系統的期望控制輸入；

執行系統控制模塊,通過電機控制子系統和液壓制動控制子系統，使控制器響應目標需求，得到期望的電機轉矩和制動壓力，并將實際輸入信息反饋給上層控制各控制模塊。

2.根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，所述狀態測量和估計模塊采集的信號包括：方向盤角度輸入、加速踏板信號、制動踏板位置信號、車輛橫擺角速度，電機轉速和轉矩、車輪載荷、車輛速度、質心側偏角和路面附著系數。

3.根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，所述運動決策模塊獲得車輛期望縱向驅動力和橫擺力矩的具體方法如下：根據車輛二自由度參考模型，將方向盤轉角、車速和路面附著系數輸入給二自由度參考模型，得到車輛的參考狀態：橫擺角速度和質心側偏角；再根據測量和估計得到的車輛實際狀態，根據參考狀態與實際狀態的偏差進行反饋控制，決策得到期望的附加橫擺力矩；同時根據加速踏板和制動踏板輸入信號，進行踏板解析，得到車輛期望的縱向驅動力。

4.根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，所述輪胎力控制分配模塊中，綜合安全控制目標包括期望附加橫擺力矩和縱向力的跟蹤誤差、輪胎力縱向利用附著系數兩個安全性控制目標；節能控制目標驅動系統能量輸入、輪胎滑移損耗兩個節能控制目標；同時考慮輪胎力的約束。

5.根據權利要求1或4所述的控制系統，其特征在于，所述輪胎力控制分配模塊建立多目標優化函數如下：

其中，λ_e、λ_μ、λ_η、分別為4個控制目標的權重系數，根據車輛的行駛工況和穩定狀態動態調整，上述控制目標中的第一項和第二項是表示安全性的指標，第三項和第四項是表示節能的指標；控制目標第一項為控制分配廣義力的跟蹤誤差，其中F_xd、ΔM_zd分別為控制分配廣義力中的期望縱向力和期望橫擺力矩，F_x、ΔM_z分別為輪胎力控制分配達到的實際縱向力和橫擺力矩；控制目標第二項為輪胎力縱向利用附著系數，F_xid為第i,i＝1,2,3,4,個車輪的期望縱向輪胎力，μ為路面附著系數，F_zi為第i個車輪的載荷；控制目標第三項為電驅動系統的輸入功率，R為車輪半徑，η_i為第i個車輪上驅動電機的效率，通過試驗測得，ω_i為第i個車輪的轉速；控制目標第四項為輪胎力的滑移功率損失，V_x為車速，S_xi為第i個車輪縱向滑移率；

同時滿足如下約束條件：

其中，d為輪距，T_dmaxi為各個電機的最大轉矩。

6.根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，所述執行器動態控制分配模塊，利用二階系統模擬驅動電機和液壓制動系統的動態響應特性，建立執行器動態預測模型，利用模型預測控制方法進行動態控制分配，包括預測模型、滾動優化和反饋校正三個部分。

7.根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，所述執行器控制分配模塊，具體如下：

建立執行器動態預測模型：利用二階系統模擬驅動電機和液壓制動系統的動態響應特性，轉化成狀態方程為：

y＝Cx

式中u_cmd＝[T_m T_h]^T表示系統輸入，其中T_m、T_h分別為驅動電機和液壓制動系統的目標轉矩輸入，表示系統狀態，其中分別表示電機和液壓轉矩的響應速度，y＝F_xi表示第i個車輪的實際輸出縱向輪胎力，A、B、C為系統狀態和輸出矩陣；

以輪胎力跟蹤誤差和執行器作動能量最小為優化目標，對執行器動態預測模型進行優化校正，得到最終的模型預測控制模型為：

x_r＝x+h(u_cmd-u)

y＝Cx_r

式中，γ、W_v、W_u為各項目標權重系數，其中控制目標第一項表示輪胎力跟蹤誤差，第二項表示執行器作動能量；y_d＝F_xid為輪胎力控制分配模擬決策的第i個車輪的目標輪胎力，i＝1,2,3,4；x_r表示經過反饋校正后的系統預測狀態，u為執行器實際輸出，h校正系數。