[发明专利]基于二阶滑移率模型的时变滑移率反演动态面约束控制算法

说明书

本发明公开了基于二阶滑移率模型的时变滑移率反演动态面约束控制算法，针对复杂路面条件下滑移率变化过快的情况，基于Burckhardt轮胎模型，建立了二阶滑移率模型，不仅反映了滑移率变化情况，还可以反映滑移率导数变化的情况，更能描述复杂工况下的车辆ABS系统滑移率变化规律。同时将时变非对称障碍李雅普诺夫函数引入到滑移率控制器的设计中，解决了时变滑移率约束控制问题，从根本上避免了滑移率工作在不稳定区域。本发明采用动态面控制算法解决了反演控制算法中的微分爆炸问题。所设计的滑移率约束控制器能够在不违反约束条件下，具有更快的制动时间和更短的制动距离，轮速和制动力矩在制动过程中未发生抖动，提高了车辆的舒适性。

技术领域

本发明涉及智能汽车领域，具体为一种基于二阶滑移率模型的时变滑移率反演动态面约束控制算法。

背景技术

车辆防抱死制动系统(Antilock Braking System,ABS)是主动安全装置之一，其对提高车辆稳定性、安全性至关重要。车辆在整个制动过程中，ABS不仅需要提供最大制动力以获得高制动性能，而且还要避免车轮打滑，以避免抱死。ABS控制系统通常采用滑移率控制方法，通过控制算法使车辆滑移率跟踪最优滑移率，进而获得最大制动力矩。随着现代控制理论的不断发展，现有文献已提出若干ABS滑移率控制算法，如逻辑门限值、PID控制、模糊控制、神经网络控制、极值搜索控制、滑模变结构控制等算法。根据路面粘附系数曲线，轮胎滑移率工作范围可分为稳定区和不稳定区。如果由于制动转矩大于地面制动转矩使轮胎滑移位于不稳定区域时，则会出现轮速度下降，滑移率增加，地面制动力持续下降，直到轮胎被锁死。但现有文献的滑移率控制算法主要是对最优滑移率的跟踪，主要集中在如何获得最佳跟踪效果，没有考虑如何从根本上避免滑移率工作在不稳定区域。文献“飞机全电刹车系统滑移率约束反演滑模控制”提出了一种基于障碍李雅普诺夫函数的飞机全电刹车系统反演滑模控制方法，实现对滑移率的边界约束。论文“非线性系统的约束控制及其应用研究”针对飞机全电刹车系统，提出一种滑移率输出约束控制策略。但这两篇文献都是针对于飞机刹车系统，由于飞机着陆系统的工作工况相对比较单一，这两篇文献都是都未考虑滑移率约束界限时变的情况，同时，这两篇文献都是基于一阶滑移率模型进行滑移率控制。然而，车辆制动的工况相比于飞机着陆要复杂的多，尤其是在突变路面和不平路面上。而二阶滑移率模型不仅可以反映滑移率变化情况，还可以反映滑移率导数变化情况，更能描述复杂工况下的车辆ABS系统滑移率变化规律。文献“基于LuGre模型的反演自适应滑模ABS控制”基于LuGre轮胎模型推导出了二阶滑移率模型，并采用反演自适应滑模控制算法对滑移率进行控制。但这篇文献未考虑滑移率约束控制问题，不能从根本上避免滑移率工作在不稳定区域。同时，在反演控制算法中需要对中间虚拟控制器进行大量的求导计算，特别对于高阶系统，会造成“微分爆炸”，从而使得控制律高度复杂、高度非线性。

发明内容

针对上述问题，为了能够在复杂工况下从根本上避免滑移率工作在不稳定区域，本发明提出一种基于二阶滑移率模型的时变滑移率反演动态面约束控制算法，从根本上避免刹车工作点在不稳定区域。针对复杂路面条件下滑移率变化过快的情况，本发明基于Burckhardt轮胎模型，建立了二阶滑移率模型，不仅反映了滑移率变化情况，还可以反映滑移率导数变化的情况，更能描述复杂工况下的车辆ABS系统滑移率变化规律。同时针对突变路面或不平路面工况下滑移率约束界限时变的特点，本发明将时变非对称障碍李雅普诺夫函数引入到滑移率控制器的设计中来，解决了时变滑移率约束控制问题，从根本上避免了滑移率工作在不稳定区域。同时，本发明采用动态面控制算法解决了反演控制算法中的微分爆炸问题。本发明所设计的滑移率约束控制器能够在不违反约束条件下，具有更快的制动时间和更短的制动距离，轮速和制动力矩在制动过程中未发生抖动，提高了车辆的舒适性。