一種電動(dòng)車輛再生制動(dòng)過程的非線性模型預(yù)測(cè)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及車輛控制領(lǐng)域，為一種電動(dòng)車輛再生制動(dòng)過程的非線性模型預(yù)測(cè)控制方法。該方法應(yīng)用快速系統(tǒng)的非線性模型預(yù)測(cè)控制策略，在建立車輛電動(dòng)車輛再生制動(dòng)過程非線性模型的基礎(chǔ)上，通過采集電動(dòng)車輛在制動(dòng)過程中由傳感器所得到的整車及輪胎、懸架、電機(jī)等子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)過程中對(duì)于精確速度控制、保證車輛穩(wěn)定性、提升行駛平順性和提高再生制動(dòng)能量回收效率的多目標(biāo)協(xié)調(diào)控制。該控制系統(tǒng)主要可應(yīng)用于傳統(tǒng)汽車及電動(dòng)汽車的驅(qū)、制動(dòng)過程中，尤其是在強(qiáng)非線性系統(tǒng)的多目標(biāo)控制過程當(dāng)中。
【專利說明】一種電動(dòng)車輛再生制動(dòng)過程的非線性模型預(yù)測(cè)控制方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動(dòng)車輛再生制動(dòng)過程的非線性模型預(yù)測(cè)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電動(dòng)汽車再生制動(dòng)過程中，動(dòng)能被轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)于儲(chǔ)能裝置中。最大程度地利用再生制動(dòng)回收制動(dòng)過程中的耗散能量，對(duì)于延長車輛的續(xù)駛里程有重要意義。同時(shí)，電動(dòng)車在制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間、整車結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)效率上相對(duì)于傳統(tǒng)汽車有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，對(duì)于提高再生制動(dòng)能量回收效率的研究對(duì)于車輛的節(jié)能減排有重要作用。同時(shí)由于汽車系統(tǒng)的非線性特性以及汽車行駛過程中多目標(biāo)控制問題，使得傳統(tǒng)的控制器難以滿足越來越精確、復(fù)雜的汽車控制系統(tǒng)。非線性模型預(yù)測(cè)控制在處理非線性最優(yōu)控制問題上有較好的效果。然而在運(yùn)算效率上，較長的運(yùn)算時(shí)間使得傳統(tǒng)的非線性模型預(yù)測(cè)控制難以在快速系統(tǒng)中得到有效地應(yīng)用。
[0003]本發(fā)明針對(duì)電動(dòng)汽車再生制動(dòng)過程，以整車動(dòng)力系統(tǒng)、輪胎系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)為控制對(duì)象，提出了一種能夠快速處理汽車系統(tǒng)非線性控制問題的算法，通過將連續(xù)過程的最優(yōu)控制問題轉(zhuǎn)化為離散的非線性規(guī)劃(NLP)問題，并用序列二次規(guī)劃(SQP)方法求得數(shù)值解。相對(duì)于傳統(tǒng)的非線性模型預(yù)測(cè)控制算法，提高了運(yùn)算效率，降低了運(yùn)算時(shí)間，并在多目標(biāo)控制結(jié)果上達(dá)到較好的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目 的在于提供一種應(yīng)用于電動(dòng)車再生制動(dòng)過程的非線性模型預(yù)測(cè)控制算法，能夠控制再生制動(dòng)過程中各個(gè)子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)工作，減少各個(gè)子系統(tǒng)耦合工況下的沖突，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制目標(biāo)的協(xié)調(diào)優(yōu)化。通過制動(dòng)力矩的控制，能夠在保證行駛穩(wěn)定性的前提下，提升電動(dòng)車再生制動(dòng)過程的速度控制精度和能量回收效率。其區(qū)別于傳統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制方法在于，通過對(duì)預(yù)測(cè)區(qū)域中狀態(tài)變量和控制變量的離散化和參數(shù)化的處理，將控制目標(biāo)同時(shí)至于目標(biāo)函數(shù)和約束條件中，以此達(dá)到提高模型算法的運(yùn)算速率，降低仿真時(shí)間的目的。
[0005]本發(fā)明的實(shí)施例提供一種應(yīng)用于電動(dòng)車再生制動(dòng)過程的非線性模型預(yù)測(cè)控制算法，包括:根據(jù)車輛數(shù)學(xué)模型確定控制器的預(yù)測(cè)時(shí)間域；在每一個(gè)時(shí)間域內(nèi)，根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)確定目標(biāo)函數(shù)和控制器參數(shù)，構(gòu)建最優(yōu)控制問題；將最優(yōu)控制問題轉(zhuǎn)化為NLP問題，并對(duì)該NLP問題進(jìn)行求解得到優(yōu)化的輸出制動(dòng)力矩；將制動(dòng)力矩輸出到制動(dòng)輪缸和電機(jī)控制器中。
[0006]本發(fā)明所提出的技術(shù)方案如下:
[0007]—種電動(dòng)車輛再生制動(dòng)模型預(yù)測(cè)控制方法，控制對(duì)象包括電動(dòng)汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、輪胎系統(tǒng)；控制變量為車輪制動(dòng)力矩；狀態(tài)變量包括車速、前輪轉(zhuǎn)角、車輪輪速、車身俯仰角、車身橫擺角、車身側(cè)傾角、車身縱向加速度、車身垂向加速度、簧載懸架行程；控制目標(biāo)包括既定車速跟蹤、保障基于滑移率的制動(dòng)穩(wěn)定性、提升基于懸架垂向速度的駕駛平順性、提高再生制動(dòng)能量回收效率?；谝陨峡刂颇繕?biāo)，綜合考慮各子系統(tǒng)的非線性特性和耦合特性，完成電動(dòng)汽車再生制動(dòng)的優(yōu)化控制。
[0008]具體來說，制動(dòng)力通過電機(jī)I和液壓制動(dòng)器3根據(jù)制動(dòng)踏板4位置進(jìn)行分配并提供；狀態(tài)變量通過車速傳感器5、車輪輪速傳感器6、距離傳感器7、加速度傳感器8、懸架位移傳感器9以及電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器10直接或間接獲??；上層控制器為非線性模型預(yù)測(cè)控制器11 ;底層控制器由電機(jī)控制器12、主動(dòng)懸架控制器13和制動(dòng)輪缸14構(gòu)成。
[0009]本發(fā)明基于傳統(tǒng)的非線性模型預(yù)測(cè)控制算法進(jìn)行改進(jìn)，其流程如下:
[0010]確定預(yù)測(cè)時(shí)域?yàn)閇ty tf]，預(yù)測(cè)時(shí)域包含控制變量的預(yù)測(cè)時(shí)域和狀態(tài)變量的預(yù)測(cè)時(shí)域。控制變量為輪胎制動(dòng)力矩Tb。狀態(tài)變量為車速U、車身俯仰角車身側(cè)傾角δ、車身橫擺角Y、車輪輪速ω、簧上質(zhì)量行程ζ。下文中所有的下角標(biāo)j=十H，分別代表車身的前、后部分作用量，k=l，r分別代表車身左、右部分作用量。j，k則分別表示汽車前、后、左、右四個(gè)部分作用量。
[0011][I]將控制變量的預(yù)測(cè)時(shí)域[h，tf]等分為N個(gè)子區(qū)間，其形式如下:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)車輛再生制動(dòng)過程的非線性模型預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于步驟如下: 確定預(yù)測(cè)時(shí)域?yàn)閇h，tf]，預(yù)測(cè)時(shí)域包含控制變量的預(yù)測(cè)時(shí)域和狀態(tài)變量的預(yù)測(cè)時(shí)域；控制變量為輪胎制動(dòng)力矩Tb;狀態(tài)變量為車速U、車身俯仰角f?、車身側(cè)傾角δ、車身橫擺角Y、車輪輪速ω、簧上質(zhì)量行程ζ:下文中所有的下角標(biāo)j=V，H，分別代表車身的前、后部分作用量，k=l, r分別代表車身左、右部分作用量；j，k則分別表示汽車前、后、左、右四個(gè)部分作用量； [1]將控制變量的預(yù)測(cè)時(shí)域[h，tf]等分為N個(gè)子區(qū)間，其形式如下:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的一種電動(dòng)車輛再生制動(dòng)過程的非線性模型預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于:訴述NLP問題通過序列二次規(guī)劃方法，內(nèi)點(diǎn)法或二次規(guī)劃處理。
【文檔編號(hào)】B60W10/08GK103921786SQ201410143905
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】馮能蓮, 占子奇, 張志林, 賓洋 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)