四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统力矩分配方法技术方案

技术编号:14143847 阅读:205 留言:0更新日期:2016-12-10 20:02
本发明专利技术公开了一种四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统力矩分配方法,由上层控制方法计算出理想加速度指令并输入到下层控制方法中,下层控制方法根据上层控制方法计算的理想加速度指令计算理想驱动力矩并分配力矩到四个车轮,解决了传统的自适应巡航控制系统无法直接应用于四轮独立驱动电动汽车的问题。上层控制方法采用柔滑约束的模型预测控制,提高了自适应巡航控制系统的实用性,满足了驾驶员所需的安全性、舒适性和经济性的要求。下层控制方法采用模糊控制得到理想纵向力矩并按照垂直载荷大小比例分配力矩到四个车轮,在保证四轮独立驱动电动汽车动力性的同时,提高了四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统的鲁棒性和实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于安全辅助驾驶与智能控制领域,涉及到四轮独立驱动电动汽车自适应巡航系统的设计方法,特别涉及到四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统的力矩分配方法。
技术介绍
随着能源问题的日益严峻,电动汽车的发展越来越受到人们的关注。四轮独立驱动电动汽车是指将四个电机分别安装在四个轮毂内部或者车轮附近的汽车,与传统汽车相比,四轮独立驱动电动汽车有很大的技术优势:四个电机可独立控制,且电机的响应速度极快,因此针对四轮独立驱动电动汽车这种特殊的驱动形式,更为复杂的控制方法得以运用,更容易实现汽车的智能化。汽车的自适应巡航是基于定速巡航对速度进行控制,进一步实现对距离的把握。定速巡航系统是按照驾驶员设定的车速行驶,而自适应巡航除了可以使汽车达到预设的车速外,还可以使汽车保持预设的跟车距离,并根据车距的变化自动控制汽车的车速。国内外对自适应巡航控制系统的研究主要集中在传统车上,通过调节节气门开度来达到控制车速与车距的目的。目前对自适应巡航控制系统的研究主要集中在传统汽车,无法直接应用于四轮独立驱动电动汽车,因此开发出一套适用于四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统力矩分配方法是很有必要的。除此之外,针对采用模型预测控制的方法设计的传统汽车自适应巡航控制系统,其约束条件通常为“硬约束”,在模型预测控制问题中,由于约束的存在,可能存在找不到可行解的问题。这种情况下如果还是采取“硬约束”的话,模型预测控制求出的解可能会远远超出约束条件的边界,恶化控制效果,这使得设计的自适应巡航控制系统的实用性受到了限制,达不到驾驶员对安全性、舒适性和经济性的需求。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题,本专利技术要设计一种四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统力矩分配方法,既能解决传统的自适应巡航控制系统无法直接应用于四轮独立驱动电动汽车的问题,又能提高自适应巡航控制器的实用性,满足驾驶员所需的安全性、舒适性和经济性的要求。为了达到上述目的,本专利技术的技术方案如下:一种四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统力矩分配方法,包括上层控制方法和下层控制方法,由上层控制方法计算出理想加速度指令并输入到下层控制方法中,下层控制方法根据上层控制方法计算的理想加速度指令计算理想驱动力矩并分配力矩到四个车轮;具体步骤如下:A、上层控制方法计算本车的理想加速度根据本车的状态以及前车的状态计算本车的理想纵向加速度,通过以下过程实现:A1、建立本车与前车之间相互纵向运动学特性模型根据自适应巡航控制系统的本车与前车之间的相互纵向运动学特性,得到如下离散运动学方程: Δ x ( k + 1 ) = Δ x ( k ) + v r e l ( k ) * T s + 1 2 * a p ( k ) * T s 2 - 1 2 * a ( k ) * T s 2 ]]>vrel(k+1)=vrel(k)+ap(k)*Ts-a(k)*Tsv(k+1)=v(k)+a(k)*Ts a ( k + 1 ) = ( 1 - T s τ ) * a ( k ) + T s τ * u ( k ) ]]> j ( k + 1 ) = - 1 τ * a ( k ) + 1 τ * u ( k ) ]]>其中,Δx(k)为第k时刻本车与前车的间距,vrel(k)为第k时刻本车与前车之间的相对速度,ap(k)为第k时刻前车的加速度,a(k)为第k时刻本车的加速度,u(k)为第k时刻上层控制方法的理想加速度命令,τ表征下层控制方法的时间常数,Ts表征四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统采样时间,j(k)为第k时刻本车加速度的变化率;以本车与前车之间距Δx、本车速度v,本车与前车之间的相对速度vrel、本车加速度a和本车加速度变化率j作为四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统状态变量,将前车加速度作为四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统扰动量,得到本车与前车之间相互纵向运动学特性模型:x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)+Gw(k)其中x(k)=[Δx(k),v(k),vrel(k),a(k),j(k)]T, A = 1 0 T s - 1 2 T s 2 0 0 1 0 本文档来自技高网...
四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统力矩分配方法

【技术保护点】
一种四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统力矩分配方法,其特征在于:包括上层控制方法和下层控制方法,由上层控制方法计算出理想加速度指令并输入到下层控制方法中,下层控制方法根据上层控制方法计算的理想加速度指令计算理想驱动力矩并分配力矩到四个车轮;具体步骤如下:A、上层控制方法计算本车的理想加速度根据本车的状态以及前车的状态计算本车的理想纵向加速度,通过以下过程实现:A1、建立本车与前车之间相互纵向运动学特性模型根据自适应巡航控制系统的本车与前车之间的相互纵向运动学特性,得到如下离散运动学方程:Δx(k+1)=Δx(k)+vrel(k)*Ts+12*ap(k)*Ts2-12*a(k)*Ts2]]>vrel(k+1)=vrel(k)+ap(k)*Ts‑a(k)*Tsv(k+1)=v(k)+a(k)*Tsa(k+1)=(1-Tsτ)*a(k)+Tsτ*u(k)]]>j(k+1)=-1τ*a(k)+1τ*u(k)]]>其中,Δx(k)为第k时刻本车与前车的间距,vrel(k)为第k时刻本车与前车之间的相对速度,ap(k)为第k时刻前车的加速度,a(k)为第k时刻本车的加速度,u(k)为第k时刻上层控制方法的理想加速度命令,τ表征下层控制方法的时间常数,Ts表征四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统采样时间,j(k)为第k时刻本车加速度的变化率;以本车与前车之间距Δx、本车速度v,本车与前车之间的相对速度vrel、本车加速度a和本车加速度变化率j作为四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统状态变量,将前车加速度作为四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统扰动量,得到本车与前车之间相互纵向运动学特性模型:x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)+Gw(k)其中x(k)=[Δx(k),v(k),vrel(k),a(k),j(k)]T,A=10Ts-12Ts20010Ts0001-Ts00001-Tsτ0000-1τ0,B=000Tsτ1τ,G=12Ts20Ts00]]>A2、建立状态方程四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统的设计需要满足安全性和跟车性的基本目的,同时对扮演着驾驶员角色的自适应巡航控制系统的上层控制方法来说,乘坐舒适性和经济性也是其重要评价指标;因此,选取本车与前车的间距误差δ、本车与前车的相对速度vrel、本车加速度a和本车加速度变化率j作为优化性能指标,四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统的输出方程如下所示:y(k)=Cx(k)‑Z其中y(k)=[δ(k),vrel(k),a(k),j(k)]T,th表征车头时距值,do表征最小本车与前车的间距;最终形成的状态方程如下所示:x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)+Gw(k)y(k)=Cx(k)-Z]]>A3、建立预测方程依据建立的本车与前车之间相互运动学特性模型,对预测时域内的每一步的x(k)=[Δx(k),v(k),vrel(k),a(k),j(k)]T,y(k)=[δ(k),vrel(k),a(k),j(k)]T进行预测:其中X^p(k+p|k)=x^p(k+1|k)x^p(k+2|k)...x^p(k+p|k),Y^p(k+p|k)=y^p(k+1|k)y^p(k+2|k)...y^p(k+p|k),U(k+c)=u(k)u(k+1)...u(k+c-1),]]>W(k+p)=w(k)w(k+1)...w(k+p-1),ex(k)=x(k)-x^c(k|k-1)]]>其中,p为预测时域,c为控制时域,为在第k时刻对预测时域内每一步的四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统状态变量的预测值,为在第k时刻对预测时域内每一步的输出量y(k)=[δ(k),vrel(k),a(k),j(k)]T的预测值,u(k),u(k+1),…,u(k+c‑1)为待求的控制变量,w(k)、w(k+1)、…、w(k+p)为第k时刻预测时域内每一步的扰动量,即前车的加速度,x(k)为第k时刻的四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统状态变量,为在第k‑1时刻对第k时刻四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统状态变量的预测值,ex(k)为k时刻实际检测到的四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统状态变量与k‑1时刻预测的四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统状态变量的差值,预测矩阵如下式所示:F‾=CH1CH2...CHp,Z‾=ZZ...Z]]>在第k时刻,无法获得当前时刻的扰动量w(k),假设第k‑1时刻的扰动量和第k时刻的值相等,并假设在整个预测时域内保持不变,则第k时刻及其预测时域内的扰动量的估计计算公式如下:w^(k-1|k)=vrel(k)-vrel(k-1)Ts+a(k-1)]]>...

【技术特征摘要】
1.一种四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统力矩分配方法,其特征在于:包括上层控制方法和下层控制方法,由上层控制方法计算出理想加速度指令并输入到下层控制方法中,下层控制方法根据上层控制方法计算的理想加速度指令计算理想驱动力矩并分配力矩到四个车轮;具体步骤如下:A、上层控制方法计算本车的理想加速度根据本车的状态以及前车的状态计算本车的理想纵向加速度,通过以下过程实现:A1、建立本车与前车之间相互纵向运动学特性模型根据自适应巡航控制系统的本车与前车之间的相互纵向运动学特性,得到如下离散运动学方程: Δ x ( k + 1 ) = Δ x ( k ) + v r e l ( k ) * T s + 1 2 * a p ( k ) * T s 2 - 1 2 * a ( k ) * T s 2 ]]>vrel(k+1)=vrel(k)+ap(k)*Ts-a(k)*Tsv(k+1)=v(k)+a(k)*Ts a ( k + 1 ) = ( 1 - T s τ ) * a ( k ) + T s τ * u ( k ) ]]> j ( k + 1 ) = - 1 τ * a ( k ) + 1 τ * u ( k ) ]]>其中,Δx(k)为第k时刻本车与前车的间距,vrel(k)为第k时刻本车与前车之间的相对速度,ap(k)为第k时刻前车的加速度,a(k)为第k时刻本车的加速度,u(k)为第k时刻上层控制方法的理想加速度命令,τ表征下层控制方法的时间常数,Ts表征四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统采样时间,j(k)为第k时刻本车加速度的变化率;以本车与前车之间距Δx、本车速度v,本车与前车之间的相对速度vrel、本车加速度a和本车加速度变化率j作为四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统状态变量,将前车加速度作为四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统扰动量,得到本车与前车之间相互纵向运动学特性模型:x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)+Gw(k)其中x(k)=[Δx(k),v(k),vrel(k),a(k),j(k)]T, A = 1 0 T s - 1 2 T s 2 0 0 1 0 T s 0 0 0 1 - T s 0 0 0 0 1 - T s τ 0 0 0 0 - 1 τ 0 , B = 0 0 0 T s τ 1 τ , G = 1 2 T s 2 0 T s 0 0 ]]>A2、建立状态方程四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统的设计需要满足安全性和跟车性的基本目的,同时对扮演着驾驶员角色的自适应巡航控制系统的上层控制方法来说,乘坐舒适性和经济性也是其重要评价指标;因此,选取本车与前车的间距误差δ、本车与前车的相对速度vrel、本车加速度a和本车加速度变化率j作为优化性能指标,四轮独立驱动电动汽车自适应巡航控制系统的输出方程如下所示:y(k)=Cx(k)-Z其中y(k)=[δ(k),vrel(k),a(k),j(k)]T,th表征车头时距值,do表征最小本车与前车的间距;最终形成的状态方程如下所示: x ( k + 1 ) = A x ( k ) + B u ( k ) + G w ( k ) y ( k ) = C x ( k ) - Z ]]>A3、建立预测方程依据建立的本车与前车之间相互运动学特性模型,对预测时域内的每一步的x(k)=[Δx(k),v(k),vrel(k),a(k),j(k)]T,y(k)=[δ(k),vrel(k),a(k),j(k)]T进行预测:其中 X ^ p ( k + p | k ) = x ^ p ( k + 1 | k ) x ^ p ( k + 2 | k ) . . . x ^ p ( k + p | k ) , Y ^ p ( k + p | k ) = y ^ p ( k + 1 | k ) y ^ p ( k + 2 | k ) . . . y ^ p ( k + p | k ) , U ( k + c ) = u ( k ) u ( k + 1 ) . . . u ( k + c - 1 ) , ]]> W ( k + p ) = w ( k ) w ...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭烈林肖乔彦夫岳明李琳辉杨彪
申请(专利权)人:大连理工大学
类型:发明
国别省市:辽宁;21

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