[发明专利]改进车辆制动能量回收控制方法、装置、车辆及存储介质

权利要求书

1.一种改进车辆制动能量回收控制方法，包括空气压缩机、气缸和制动阀组成的线控气压机械制动系统，和整车控制器、电机及其控制器、变速箱、电池及其管理单元、加速踏板位置传感器、制动踏板位置传感器、车速传感器组成的制动能量回收控制系统，所述线控气压机械制动系统中针对每个车轮都装有气压调节阀，所述线控气压机械制动系统用于单独调节控制每个车轮的轮缸压力，其特征在于，包括如下步骤：

a.当所述整车控制器接收到制动信号时，根据车辆当前状态计算车辆所需制动力，所述车辆所需制动力分配至前后轴的三个控制变量，所述三个控制变量为前轮摩擦制动力矩、后轮摩擦制动力矩和电机再生制动力矩，采用基于预测模型的改进遗传算法对所述三个控制变量进行计算，所述预测模型是选择三自由度的整车动力学模型作为预测模型对汽车未来状态进行预测，所述预测模型的三个自由度分别为两个前后轴车轮轮速和整车车速；所述遗传算法的改进方式如下：首先采用了模型预测控制的控制架构，即在每一时刻基于车辆的当前状态变量和以前的历史信息，采用遗传算法计算在有限预测时域和控制时域内的最优控制序列，输出当前时刻最优的控制量，在以后的每一次控制时间节点重复该过程，直到实现整个制动过程的滚动优化控制；其次采用了多种群组合迭代和初始种群平均分布的方法；最后在迭代过程中加入了变异算子和保持最优个体的方法；

b.在所述模型预测控制的框架下执行遗传算法，即通过对当前时刻的有限时域内的最优问题的求解得到最优控制序列的所述三个控制变量的值，所述算法具体流程如下：在约束条件范围内，依照均值分布的方法产生所述三个控制变量的不同子种群；对所述三个控制变量的所述不同子种群中的个体进行排列组合；利用所述预测模型对组合后的控制变量序列进行结果预测,并基于适应度函数，计算每一个个体的适应度；当达到结束条件时，计算结束并输出最优控制组合中所述三个控制变量的第一个控制周期的值；当没有达到所述结束条件时，在依照所述遗传算法的选择过程对所述不同子种群进行选择，并在所述约束条件下对选择的个体进行交叉和变异迭代，生成下一代种群个体；

所述约束说明如下：结合系统特性，设定制动能量回收力矩的约束条件如下：第一，结合电机MAP图，通过对当前电机转速查表求得状态下电机所能输出的最大力矩；第二，结合电池状态，得到当前电池所能输出的最大功率，再结合转化后的功率与转速得到最大的制动能量回收力矩；第三，基于设定的最大制动能量回收力矩变化率限制以及上一时刻的制动能量回收力矩，得到当前的制动能量回收力矩限制；由于系统能够提供的气压制动力矩较大，所以对气压制动力矩的约束主要考虑系统设定的最大力矩变化率限制，具体描述公式如下：

|T_b2(k+1)-T_b2(k)|≤T_pchange,max·Ts (3)

|T_b1(k+1)-T_b1(k)|≤T_pchange,max·Ts (4)

式中T_reb为电机制动能量回收力矩；ω_m为电机转速；η_motor为电机效率；P_{batt_lim}为制动能量回收系统中电池在当前状态下的最大充电功率限制；T_reb(k)，T_b1(k)，T_b2(k)分别为在k时刻的电机制动能量回收力矩，前轮摩擦制动力矩、后轮摩擦制动力矩；T_reb(k+1)，T_b1(k+1)，T_b2(k+1)分别为在k+1时刻的电机制动能量回收力矩，前轮摩擦制动力矩、后轮摩擦制动力矩；T_reb,max为电机在当前状态下的最大力矩限制；Ts为控制周期；T_rechange,max为制动能量回收力矩的最大变化率限制；T_pchange,max为气压制动力矩在当前时刻的最大变化率限制；

c.采用多种群平均分布和组合迭代方法来提升计算效率并防止其收敛于局部最优解，所述平均分布是对每一个种群，将满足约束条件的可用区域被分为了几个平均的部分，并选择每个部分的边界点作为初始种群的个体值；所述组合迭代是将三个控制变量放在不同的子种群，预测时，不同子种群的个体进行组合计算，然后以每个个体在其所有组合中的最好的适应度作为其适应度值，最后子种群的个体分别进行迭代更新；

d.根据车辆历史信息按照如上所述步骤a-c，计算历史情况下的所述最优控制序列的所述三个控制变量的值，生成基于输入集的多维点阵，所述基于输入集的多维点阵用于简化输入集，所述输入集主要包括当前车速、期望车速、前轮轮速、后轮轮速以及路面附着系数五个维度，所述对输入集的简化是不再需要输入上一时刻的气压制动转矩，即不再在表格中考虑气压制动转矩变化率，而是将该限制放于多维表格后面作为输出上下限硬性约束；所述多维点阵的输出集为三个控制变量，即前轮摩擦制动力矩、后轮摩擦制动力矩和电机再生制动力矩，然后车辆制动时通过选择点阵中距离当前状态最近的点的控制变量；

e.根据所述最近的点的控制变量的所述电机再生制动力矩，所述整车控制器向所述电机及其控制器发送控制信号，使得所述电机及其控制器控制电机输出相应制动力矩。