本發(fā)明屬于車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)，具體涉及一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代車(chē)輛技術(shù)的發(fā)展，車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的性能和安全性顯得尤為重要。目前，傳統(tǒng)的車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)多采用基于規(guī)則的控制方法，存在響應(yīng)速度慢、控制精度低等問(wèn)題，難以滿(mǎn)足復(fù)雜道路環(huán)境和不同駕駛需求。

2、現(xiàn)有技術(shù)的不足主要包括：

3、1、缺乏對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。

4、2、控制算法簡(jiǎn)單，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的工況變化。

5、3、制動(dòng)力分配不均，影響車(chē)輛的穩(wěn)定性和安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了捷俊解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的控制精度低、響應(yīng)速度慢等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法(mpc)的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)及其控制方法，通過(guò)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整制動(dòng)力分配，實(shí)現(xiàn)更高效、安全的制動(dòng)控制。

2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、作為本發(fā)明的第一方面，提供一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)，包括傳感器模塊、控制器模塊以及執(zhí)行器模塊；

4、所述傳感器模塊用于實(shí)時(shí)采集車(chē)輛周?chē)h(huán)境信息以及車(chē)輛行駛狀態(tài)信息；

5、所述控制器模塊基于車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型建立用于mpc算法的預(yù)測(cè)模型，根據(jù)傳感器模塊采集的實(shí)時(shí)信息對(duì)車(chē)輛狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化控制，獲得制動(dòng)力分配信息；

6、所述執(zhí)行器模塊用于響應(yīng)控制器模塊輸出的控制信號(hào)。

7、進(jìn)一步地，所述車(chē)輛周?chē)h(huán)境信息包括道路信息及障礙物信息；所述車(chē)輛行駛狀態(tài)信息包括車(chē)輛當(dāng)前速度、車(chē)輛橫向和縱向加速度、車(chē)輛行駛方向和轉(zhuǎn)向角度以及各車(chē)輪轉(zhuǎn)速。

8、進(jìn)一步地，所述傳感器模塊包括：

9、車(chē)速傳感器，安裝在車(chē)輪上，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)車(chē)輛速度；

10、加速度計(jì)，安裝在車(chē)輛的中心位置，測(cè)量縱向和橫向加速度；

11、方向傳感器，用于測(cè)量車(chē)輛的轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向速度；

12、輪速傳感器，測(cè)量各輪的轉(zhuǎn)速；

13、環(huán)境傳感器，包括雷達(dá)和攝像頭，用于獲取周?chē)h(huán)境的信息。

14、進(jìn)一步地，所述控制器模塊包括：

15、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對(duì)所述傳感器模塊采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、降噪處理；

16、車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型建立單元，用于建立車(chē)輛縱向動(dòng)力學(xué)模型、橫向動(dòng)力學(xué)模型以及制動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型；

17、模型預(yù)測(cè)單元，其利用車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，建立用于mpc算法的預(yù)測(cè)模型，并將數(shù)據(jù)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)輸入預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行車(chē)輛未來(lái)狀態(tài)預(yù)測(cè)和優(yōu)化計(jì)算，獲得最優(yōu)制動(dòng)力分配信息；

18、信號(hào)輸出單元，用于根據(jù)模型預(yù)測(cè)單元獲得的最優(yōu)制動(dòng)力分配信息，將控制信號(hào)輸出至執(zhí)行器模塊。

19、進(jìn)一步地，所述控制器模塊采用arm?cortex系列嵌入式處理器或dsp。

20、進(jìn)一步地，所述執(zhí)行器模塊包括：

21、電動(dòng)或液壓制動(dòng)器；

22、電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)，根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)各車(chē)輪的制動(dòng)力。

23、作為本發(fā)明的第二方面，同時(shí)提供一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

24、s1.通過(guò)傳感器模塊實(shí)時(shí)獲取車(chē)輛周?chē)h(huán)境信息及車(chē)輛行駛狀態(tài)信息并發(fā)送至控制器模塊；

25、s2.控制器模塊根據(jù)傳感器模塊采集的實(shí)時(shí)信息，采用mpc算法進(jìn)行車(chē)輛狀態(tài)預(yù)測(cè)并進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，獲得最優(yōu)制動(dòng)力分配信息；

26、s3.執(zhí)行器模塊響應(yīng)控制器模塊的控制信號(hào)，根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)各車(chē)輪的制動(dòng)力。

27、進(jìn)一步地，所述步驟s1中，所述車(chē)輛周?chē)h(huán)境信息包括道路信息及障礙物信息；所述車(chē)輛行駛狀態(tài)信息包括車(chē)輛當(dāng)前速度、車(chē)輛橫向和縱向加速度、車(chē)輛行駛方向和轉(zhuǎn)向角度以及各車(chē)輪轉(zhuǎn)速。

28、進(jìn)一步地，所述步驟s2包括：

29、s21.對(duì)傳感器模塊采集的車(chē)輛周?chē)h(huán)境信息及車(chē)輛行駛狀態(tài)信息進(jìn)行預(yù)處理；

30、s22.建立車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，包括車(chē)輛縱向動(dòng)力學(xué)模型、橫向動(dòng)力學(xué)模型以及制動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型；

31、s23.利用車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，建立用于mpc算法的預(yù)測(cè)模型，并根據(jù)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行車(chē)輛狀態(tài)預(yù)測(cè)，獲得模型預(yù)測(cè)結(jié)果；

32、s24.添加優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，對(duì)模型預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，獲得最優(yōu)制動(dòng)力分配信息；

33、s25.根據(jù)最優(yōu)制動(dòng)力分配信息，將控制信號(hào)輸出至執(zhí)行器模塊進(jìn)行響應(yīng)。

34、進(jìn)一步地，所述步驟s24中，所述優(yōu)化目標(biāo)包括：

35、最小化制動(dòng)距離，確保在最短距離內(nèi)將車(chē)輛安全停下；

36、保證車(chē)輛穩(wěn)定性，指在制動(dòng)過(guò)程中保持車(chē)輛的穩(wěn)定性，防止側(cè)滑或翻車(chē)；

37、舒適性，指減少不必要的急剎，提升乘坐舒適性；

38、所述約束條件包括：

39、車(chē)輛動(dòng)力學(xué)約束，確?？刂戚斎牒蜖顟B(tài)符合車(chē)輛的物理特性；

40、制動(dòng)力限制，限制制動(dòng)力的最大和最小值，以防止制動(dòng)過(guò)度或不足；

41、安全約束，考慮環(huán)境因素設(shè)置相應(yīng)的安全約束。

42、本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

43、本發(fā)明提供一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)及其控制方法，采用mpc算法對(duì)車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化控制，建立車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，預(yù)測(cè)車(chē)輛在不同工況下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)整各車(chē)輪的制動(dòng)力，提高了制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)力的動(dòng)態(tài)分配，提高了車(chē)輛的穩(wěn)定性和安全性，適應(yīng)復(fù)雜道路環(huán)境，提升了駕駛體驗(yàn)。

44、提高制動(dòng)性能：通過(guò)精確控制和優(yōu)化分配制動(dòng)力，系統(tǒng)能夠顯著縮短制動(dòng)距離，提高制動(dòng)效果。

45、增強(qiáng)車(chē)輛穩(wěn)定性：在各種復(fù)雜工況下(如濕滑路面、緊急避障等)，確保車(chē)輛的穩(wěn)定性，防止側(cè)滑、甩尾等現(xiàn)象。

46、提升安全性：綜合考慮車(chē)輛狀態(tài)和周?chē)h(huán)境，系統(tǒng)能夠更好地應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，提高整體行車(chē)安全性。

技術(shù)特征：

1.一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括傳感器模塊、控制器模塊以及執(zhí)行器模塊；

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述車(chē)輛周?chē)h(huán)境信息包括道路信息及障礙物信息；所述車(chē)輛行駛狀態(tài)信息包括車(chē)輛當(dāng)前速度、車(chē)輛橫向和縱向加速度、車(chē)輛行駛方向和轉(zhuǎn)向角度以及各車(chē)輪轉(zhuǎn)速。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器模塊包括：

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器模塊包括：

5.如權(quán)利要求1所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器模塊采用arm?cortex系列嵌入式處理器或dsp。

6.如權(quán)利要求1所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述執(zhí)行器模塊包括：

7.如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.如權(quán)利要求7所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述車(chē)輛周?chē)h(huán)境信息包括道路信息及障礙物信息；所述車(chē)輛行駛狀態(tài)信息包括車(chē)輛當(dāng)前速度、車(chē)輛橫向和縱向加速度、車(chē)輛行駛方向和轉(zhuǎn)向角度以及各車(chē)輪轉(zhuǎn)速。

9.如權(quán)利要求7所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟s2包括：

10.如權(quán)利要求9所述的一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟s24中，所述優(yōu)化目標(biāo)包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)及其控制方法，包括傳感器模塊、控制器模塊以及執(zhí)行器模塊；所述傳感器模塊用于實(shí)時(shí)采集車(chē)輛周?chē)h(huán)境信息以及車(chē)輛行駛狀態(tài)信息；所述控制器模塊基于車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型建立用于MPC算法的預(yù)測(cè)模型，根據(jù)傳感器模塊采集的實(shí)時(shí)信息對(duì)車(chē)輛狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化控制，獲得制動(dòng)力分配信息；所述執(zhí)行器模塊用于響應(yīng)控制器模塊輸出的控制信號(hào)。本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整制動(dòng)力分配，實(shí)現(xiàn)更高效、安全的制動(dòng)控制。

技術(shù)研發(fā)人員：高嘉澤,馬志國(guó),張紅燕,李遵濤,姚誠(chéng),李晶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：一汽奔騰汽車(chē)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30