[发明专利]一种基于电控助力制动的智能车辆纵向运动控制方法

权利要求书

1.一种基于电控助力制动的智能车辆纵向运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、构建了包括车辆纵向动力学和电控助力制动系统在内的面向控制器设计的液压系统模型；

步骤二、设计上层车辆纵向运动控制策略；

21)根据车辆的运动状态信息，使用卡尔曼滤波算法估算车辆道路行驶坡度

22)根据车辆纵向行驶动力学，设计前馈控制律；

23)引入闭环反馈控制律，根据目标车辆加速度和实际车辆加速度输出驱动或制动形成的行驶纵向力F_x；

24)通过驱动或制动逆模型，将驱动或制动形成的行驶纵向力F_x转换成目标制动主缸压力P^*和目标电机驱动转矩T_q输送给底层；

步骤三、设计下层电控助力制动系统压力控制策略；

31)基于自抗扰理论设计的压力环控制器，根据实际制动主缸压力P和目标制动主缸压力P^*，输出目标电机机械角

32)基于滑模变结构设计的位置环控制器，根据实际电机机械角θ和目标电机机械角输出目标电机励磁轴电流

33)基于李雅普诺夫稳定性设计的电流环解耦控制器，接收实际励磁轴电流i_d、实际转矩轴电流i_q、目标励磁轴电流和目标电机励磁轴电流的输入，输出期望励磁轴电压u_d和转矩轴电压u_q，从而控制驱动器驱动电控助力制动系统工作，进行制动主缸压力调节，最终实现车辆纵向运动控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于电控助力制动的智能车辆纵向运动控制方法，其特征在于，所述步骤一的具体方法如下：

11)车辆的纵向运动受滚动阻力F_f、坡度阻力F_i、空气阻力F_w影响，假设在行驶过程中，车轮不出现打滑和抱死趋势，在车辆纵向行驶方向上建立动力学平衡方程：

式中：m表示整车质量；表示车辆实际纵向加速度；F_x表示通过驱动或制动形成的行驶纵向力；F_f表示车辆行驶受到的滚动阻力；F_i表示车辆行驶受到的坡度阻力；F_w表示车辆行驶受到的空气阻力；f表示滚动阻力系数；i表示道路坡度；C_D表示空气阻力系数；A表示迎风面积；v_x表示纵向车速；

在电子稳定性控制中装配的加速度传感器采集得到的惯性加速度信息包含实际加速度信息和坡度信息；所述惯性加速度与坡度关系方程为：

式中，a_s表示ESP采集得到的惯性加速度；表示车辆实际纵向加速度；i表示道路坡度；

在驱动模式下所需的车辆驱动转矩可以通过驱动逆模型求解：

式中，F_x表示通过驱动或制动形成的行驶纵向力；T_q表示目标电机驱动转矩；r表示车轮滚动半径；i₀表示车辆总传动比；η表示传动效率；

车辆制动时，所需的目标制动主缸压力通过制动逆模型求解为：

式中，P^*表示目标制动主缸压力；F_x表示通过驱动或制动形成的行驶纵向力；R_B表示制动卡钳的有效半径；D表示制动主缸直径；r表示车轮滚动半径；J_w表示车轮的转动惯量；v_w表示车轮轮速；

12)假设使用的永磁同步电机为理想电机，忽略铁芯饱和、涡流和磁滞损耗，建立定子电压方程为：

式中，u_d表示励磁轴电压；u_q表示转矩轴电压；R_s表示定子电阻；i_d表示励磁轴电流；i_q表示转矩轴电流；L_d表示励磁轴电感；L_q表示转矩轴电感；P_n表示磁极对数；θ_e表示电机电角度；θ_m表示电机机械角度，且θ_e＝P_n·θ_m；Ψ_f表示转子永磁体磁链；表示电机电角速度；

采用表贴式永磁同步电机，电磁转矩方程为：

式中，T_e表示电机电磁转矩；P_n表示磁极对数；i_q表示转矩轴电流；Ψ_f表示转子永磁体磁链；

永磁同步电机的电磁转矩平衡方程为：

式中，J表示电机转动惯量；表示电机机械角加速度；T_e表示电机电磁转矩；T_L表示电机负载转矩；T_f表示等效电机摩擦转矩；

根据传动机构之间的运动关系，得到电机转速和主缸推杆水平速度之间的关系为：

式中，表示电机机械角速度；h表示滚珠丝杠导程；k_i表示齿轮减速比；表示主缸推杆水平速度；

电机负载转矩进一步为：

式中，T_L表示电机负载转矩；P表示制动系统主缸压力；A_m表示制动主缸活塞截面积；K表示主缸回位弹簧刚度；η_t表示传动机构效率；h表示滚珠丝杠导程；k_i表示齿轮减速比；y_b表示主缸推杆水平位移；

13)忽略制动液泄露，假设主缸与轮缸制动压力一致，得到液压系统模型为：

式中，表示制动系统主缸压力的微分；K_e表示制动液体积弹性模量；V_mc表示制动主缸的制动液体积；V_wc表示所有制动轮缸和制动管路的制动液体积；y_b表示主缸推杆水平位移；表示主缸推杆水平速度；A_m表示制动主缸活塞截面积；f(P，t，w(t))表示包含系统未建模扰动、制动也泄露在内的液压系统非线性因素，a和b表示液压系统模型综合参数。