[发明专利]一种用于车辆防抱死系统的LQG滑移率控制器及其设计方法

说明书

本发明公开了一种用于车辆防抱死系统的LQG滑移率控制器及其设计方法，所述滑移率控制器包括Kalman观测器、条件判断单元、LQG控制器。设计方法如下：(1)改写基于单轮制动模型的状态方程和制动性能指标，得到新的状态矩阵、状态变量和控制变量的加权矩阵；(2)设计用于观测系统状态向量的Kalman观测器；(3)设计LQG控制器，计算理想制动控制力矩并输入条件判断单元；(4)条件判断单元依据判断条件确定输出的控制信号，控制ABS执行机构在“增压”、“保压”和“减压”三种模式间切换。本发明通过在原有状态方程和制动性能指标中增加无穷小量的方法，在保证控制系统和控制目标基本不变的情况下，设计出用于车辆防抱死系统的LQG滑移率控制器。

技术领域

本发明属于车辆制动过程中车轮滑移率控制技术领域，尤其是涉及一种用于车辆防抱死系统的LQG滑移率控制器及其设计方法。

背景技术

自20世纪70年代防抱死制动系统(ABS)开始在乘用车上应用以来，ABS在提升车辆安全性能的方面发挥着无可替代的作用，随着人们对汽车制动安全性能要求的不断提高，针对传统ABS的控制策略的研究也日渐成熟。目前，车辆ABS的滑移率控制方法主要有逻辑门限制控制、模糊逻辑控制和滑模变结构控制等。

但是，上述的控制方法用于车辆防抱死制动系统来控制车轮滑移率都有其局限性，比如：逻辑门限制控制主要依赖根据车辆和路面特性进行的大量实验来获取门限值，很难适应实际行驶过程中复杂多变的路面状态；模糊逻辑控制方法的效果要优于逻辑门限值控制，但是建立不同的路面调节的规则库是非常困难的；滑模变结构控制虽然具有较强的鲁棒性，但是车辆滑移率在控制过程中无法时刻保证最佳。因此，车辆ABS急需寻找一种设计过程简单，滑移率控制效果优越的控制方法。

LQG控制算法可以有效的避免复杂的计算和实验过程，在名义工况下通过建立性能评价指标，可使得被控系统获得最优性能。但是LQG控制算法在实施过程中具有局限性，即需要满足一定的设计条件：

(1)构建的状态方程中状态矩阵应该受到控制矩阵的控制；若状态矩阵中任何一行没有对应控制量，则需要保证受控系统为最小相位系统；

(2)状态变量加权矩阵应该具有对称非负定的性质；

(3)控制量加权矩阵应该满足其行列式计算值大于0。

若控制器的设计过程中，上述三条设计条件中有任意一条或者多条不满足，则无法计算出控制系统中的控制向量；

根据LQG控制算法来设计用于车辆防抱死系统的LQG滑移率控制器时，所述关于LQG控制算法的三条设计条件均无法满足。因此，无法基于车辆防抱死系统，通过现有的LQG控制算法来设计车辆LQG滑移率控制器。

发明内容

针对现有的LQG控制算法无法设计出用于车辆防抱死系统的滑移率控制器问题，本发明提供了一种用于车辆防抱死系统的LQG滑移率控制器及其设计方法。在LQG滑移率控制器的设计过程中，通过在理想制动系统的状态方程和制动性能指标中增加无穷小量的方法，在保证控制系统和控制目标基本不变的情况下，使得控制器符合关于LQG控制算法的三条设计条件，并顺利设计出一种用于车辆防抱死系统的LQG滑移率控制器。

为了实现上述目的，本发明所述的一种用于车辆防抱死系统的LQG滑移率控制器的技术方案是：

所述LQG滑移率控制器包括Kalman观测器、LQG控制器、条件判断单元，且Kalman观测器、LQG控制器、条件判断单元依次连接；

所述Kalman观测器信号连接车轮速度传感器，条件判断单元信号连接进液阀、出液阀。