本發(fā)明涉及車輛電子控制，具體是基于時(shí)滯特性的電動(dòng)車輛時(shí)變最佳滑移率預(yù)測(cè)與控制方法。

背景技術(shù)：

1、在車輛制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（abs）與驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)（tcs）的控制策略中，準(zhǔn)確獲取并跟蹤當(dāng)前路面條件下的最佳滑移率是提升制動(dòng)效能、縮短制動(dòng)距離及保障行駛穩(wěn)定性的關(guān)鍵。當(dāng)前，最佳滑移率的確定主要依賴于輪胎的滑移率-附著系數(shù)關(guān)系曲線。該曲線通常通過(guò)經(jīng)典靜態(tài)模型進(jìn)行描述，例如burckhardt模型、magicformula模型等，其一般形式可表示為(t)=((t))，其中(t)為t時(shí)刻的利用附著系數(shù)，(t)為t時(shí)刻的滑移率，(·)為對(duì)應(yīng)函數(shù)。基于此類靜態(tài)模型，現(xiàn)有技術(shù)中最佳滑移率的計(jì)算方法主要包括曲線擬合法和峰值搜索法：通過(guò)采集制動(dòng)過(guò)程中一系列滑移率與附著系數(shù)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，擬合出靜態(tài)曲線，進(jìn)而通過(guò)求導(dǎo)或?qū)?yōu)算法確定曲線峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的滑移率，即靜態(tài)最佳滑移率。

2、然而，輪胎在真實(shí)制動(dòng)過(guò)程中表現(xiàn)出顯著的動(dòng)態(tài)時(shí)滯特性。由于輪胎橡膠材料的粘彈性、胎體結(jié)構(gòu)的柔性以及胎面與路面接觸力的傳遞存在物理慣性，輪胎的力學(xué)響應(yīng)并非瞬時(shí)跟隨滑移率的變化，而是存在一定的動(dòng)態(tài)滯后。這意味著，在實(shí)際動(dòng)態(tài)制動(dòng)過(guò)程中，輪胎表現(xiàn)出的瞬時(shí)附著系數(shù)與基于靜態(tài)模型由當(dāng)前滑移率計(jì)算得到的附著系數(shù)之間存在差異。這種時(shí)滯現(xiàn)象導(dǎo)致由靜態(tài)模型確定的“最佳滑移率”僅代表一種穩(wěn)態(tài)理論值，無(wú)法準(zhǔn)確反映制動(dòng)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)瞬變過(guò)程中的實(shí)際最佳工作點(diǎn)。

3、在動(dòng)態(tài)制動(dòng)工況下，尤其是當(dāng)滑移率快速變化時(shí)，依據(jù)靜態(tài)模型計(jì)算得到的最佳滑移率會(huì)偏離輪胎當(dāng)前實(shí)際能夠提供最大附著力的瞬時(shí)最佳滑移率。控制器以此不準(zhǔn)確定值為目標(biāo)進(jìn)行跟蹤控制，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法真正運(yùn)行于動(dòng)態(tài)最佳工況，從而損失部分制動(dòng)潛力。由于所追蹤的目標(biāo)值（靜態(tài)最佳滑移率）本身未能體現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，控制器（如pid、滑模控制等）的設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)最佳點(diǎn)的精確、快速跟蹤。這可能導(dǎo)致制動(dòng)效率降低、制動(dòng)距離延長(zhǎng)，或在附著系數(shù)突變的路面上易引發(fā)車輪抱死或驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)。

4、由此可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中基于靜態(tài)模型的最佳滑移率計(jì)算方法，因未考慮輪胎固有的動(dòng)態(tài)時(shí)滯特性，存在計(jì)算準(zhǔn)確度低、難以匹配動(dòng)態(tài)制動(dòng)過(guò)程真實(shí)最佳工況的技術(shù)缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決因未考慮輪胎固有的動(dòng)態(tài)時(shí)滯特性而導(dǎo)致最佳滑移率計(jì)算準(zhǔn)確度低的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于動(dòng)態(tài)時(shí)滯特性的時(shí)變最佳滑移率預(yù)測(cè)方法。基于該最佳滑移率計(jì)算方法計(jì)算得到的最佳滑移率，本發(fā)明還提供了一種電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算方法、系統(tǒng)及電動(dòng)汽車。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于動(dòng)態(tài)時(shí)滯特性的時(shí)變最佳滑移率預(yù)測(cè)方法，包括：

4、根據(jù)車輛在當(dāng)前路段當(dāng)前時(shí)刻的利用附著系數(shù)μi、實(shí)時(shí)滑移率λi和表征動(dòng)態(tài)時(shí)滯特性的時(shí)滯因子εdyn，計(jì)算當(dāng)前路段的時(shí)變最佳滑移率λbi；

5、

6、

7、

8、式中，λb0表示基準(zhǔn)路段的最佳滑移率，μb0表示基準(zhǔn)路段的最大附著系數(shù)，基準(zhǔn)路段為任一條靜態(tài)滑移率－附著系數(shù)曲線已知的路段；arctan(·)表示反正切函數(shù)；p(·)表示含有一階導(dǎo)數(shù)的函數(shù)；表示的一階導(dǎo)數(shù)；h(·)表示補(bǔ)償函數(shù)。

9、作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)：λbi對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)時(shí)變最大附著系數(shù)為：

10、

11、式中，μbi表示當(dāng)前路段的預(yù)測(cè)時(shí)變最大附著系數(shù)。

12、作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)：εdyn為通過(guò)實(shí)驗(yàn)預(yù)先標(biāo)定的固定值或?yàn)楦鶕?jù)輪胎運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)更新的動(dòng)態(tài)值。

13、作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)：當(dāng)當(dāng)前路段中εdyn的為動(dòng)態(tài)值時(shí)，其更新如下：

14、

15、

16、

17、

18、式中，εdyn(t)表示當(dāng)前路段在t時(shí)刻的時(shí)滯因子；μdyn(t)為在當(dāng)前路段中附著系數(shù)在t時(shí)刻的動(dòng)態(tài)輸出；rs(t)表示當(dāng)前路段對(duì)應(yīng)的靜態(tài)模型在t時(shí)刻的極徑；θ(t)表示t時(shí)刻的極角θ；τ為時(shí)滯常數(shù)；μ(t)表示當(dāng)前路段中在t時(shí)刻的利用附著系數(shù)；λ(t)表示當(dāng)前路段中在t時(shí)刻的實(shí)時(shí)滑移率；a、b、c、d、e、a0、b0、c0、d0、e0分別為對(duì)應(yīng)的方程系數(shù)。

19、本發(fā)明還提供了一種基于時(shí)變最佳滑移率的電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算方法，包括：

20、以由上述的一種基于動(dòng)態(tài)時(shí)滯特性的時(shí)變最佳滑移率預(yù)測(cè)方法計(jì)算得到的時(shí)變最佳滑移率λbi作為當(dāng)前路段的滑移率控制目標(biāo)；

21、根據(jù)車輪角速度和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，建立以滑移率及其一階導(dǎo)為狀態(tài)變量、以電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為控制變量的狀態(tài)空間方程，并將其離散化為狀態(tài)空間模型：x(t+1)=ax(t)+bu(t)，其中x(t+1)、x(t)分別表示t+1時(shí)刻、t時(shí)刻的狀態(tài)變量，u(t)表示t時(shí)刻的控制變量，a、b分別為對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)矩陣；

22、構(gòu)建有限預(yù)測(cè)時(shí)域和控制時(shí)域的代價(jià)函數(shù)，其優(yōu)化目標(biāo)為使預(yù)測(cè)的滑移率軌跡跟蹤滑移率控制目標(biāo)；

23、基于狀態(tài)空間模型對(duì)車輛未來(lái)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并通過(guò)求解最小化代價(jià)函數(shù)，計(jì)算出最佳電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制序列；

24、將最佳電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制序列中的首個(gè)控制量轉(zhuǎn)換為電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以該電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制車輛執(zhí)行制動(dòng)。

25、作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)：狀態(tài)空間方程為：

26、

27、式中，為滑移率λ的一階導(dǎo)，為滑移率λ的二階導(dǎo)；ωr為后輪角速度，為后輪角速度的二階導(dǎo)；ωf為前輪角速度；為前輪角速度的一階導(dǎo)，為前輪角速度的二階導(dǎo)；tr為后輪上作用的電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；i為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

28、作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)：代價(jià)函數(shù)為：

29、

30、式中，ji為代價(jià)函數(shù)值；qi、ri分別為對(duì)應(yīng)項(xiàng)的權(quán)重系數(shù)；pt、mt分別為預(yù)測(cè)時(shí)域、控制時(shí)域；yi[t+j|t]為滑移率在t時(shí)刻對(duì)t+j時(shí)刻的預(yù)測(cè)值；yir[t+j]為滑移率在t+j時(shí)刻的控制參考值；δu[t+j]為電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩在t+j時(shí)刻的增量值。

31、作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)：最終輸出t時(shí)刻的電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩ttq為：

32、

33、式中，u[t-1]為電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩在t-1時(shí)刻的取值；i0表示電機(jī)的傳動(dòng)比；η表示電機(jī)的機(jī)械效率；r1表示當(dāng)前路段的最佳滑移率；q1表示狀態(tài)跟蹤誤差的權(quán)重系數(shù)；a11、a21分別表示系統(tǒng)矩陣a中的特定元素；b11、b21分別表示系統(tǒng)矩陣b中的特定元素；r1表示控制變量增量的權(quán)重系數(shù)。

34、本發(fā)明再次提供了一種車輛滑移率優(yōu)化控制系統(tǒng)，應(yīng)用于具有電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的車輛，包括：

35、數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)時(shí)獲取車輛的輪速與電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并處理得到當(dāng)前時(shí)刻的實(shí)時(shí)滑移率和利用附著系數(shù)；

36、時(shí)變最佳滑移率預(yù)測(cè)模塊，與數(shù)據(jù)采集模塊通信連接，用于接收實(shí)時(shí)滑移率和利用附著系數(shù)；預(yù)存有基準(zhǔn)路段的靜態(tài)滑移率-附著系數(shù)曲線及其最佳滑移率和最大附著系數(shù)，并基于時(shí)滯因子執(zhí)行如上述的一種基于動(dòng)態(tài)時(shí)滯特性的時(shí)變最佳滑移率預(yù)測(cè)方法，計(jì)算當(dāng)前路面的時(shí)變最佳滑移率；

37、非線性模型預(yù)測(cè)控制模塊，與時(shí)變最佳滑移率預(yù)測(cè)模塊通信連接，用于以時(shí)變最佳滑移率為當(dāng)前路段的滑移率控制目標(biāo)，執(zhí)行如上述的一種基于時(shí)變最佳滑移率的電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算方法，計(jì)算出電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制指令；

38、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行模塊，與非線性模型預(yù)測(cè)控制模塊通信連接，用于將電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制指令轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，輸出至車輛的電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)以執(zhí)行制動(dòng)控制。

39、本發(fā)明又再次提供了一種電動(dòng)汽車，包括車身、車輪、電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)及整車控制器，其特征在于，還包括上述的一種車輛滑移率優(yōu)化控制系統(tǒng)；

40、車輛滑移率優(yōu)化控制系統(tǒng)與電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)及整車控制器通信連接，用于根據(jù)實(shí)時(shí)行駛狀態(tài)計(jì)算最佳滑移率及對(duì)應(yīng)的電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并通過(guò)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)防抱死控制。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

42、1、本發(fā)明以當(dāng)前路段的利用附著系數(shù)、實(shí)時(shí)滑移率為實(shí)時(shí)輸入，結(jié)合表征輪胎動(dòng)態(tài)時(shí)滯特性的時(shí)滯因子，借助基準(zhǔn)路段（靜態(tài)滑移率-附著系數(shù)曲線已知的路段）的最佳滑移率和最大附著系數(shù)，通過(guò)極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換相關(guān)的反正切函數(shù)建立參數(shù)關(guān)聯(lián)，最終通過(guò)多參數(shù)耦合計(jì)算，輸出當(dāng)前路段的時(shí)變最佳滑移率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輪胎動(dòng)態(tài)時(shí)滯特性的量化考量，僅需單點(diǎn)實(shí)時(shí)參數(shù)即可完成預(yù)測(cè)，兼顧了預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)性與精準(zhǔn)性。

43、2、本發(fā)明中的時(shí)變最佳滑移率預(yù)測(cè)方法充分融入輪胎動(dòng)態(tài)時(shí)滯特性，通過(guò)時(shí)滯因子量化控制與輸出的不同步影響，解決了靜態(tài)模型無(wú)法反映輪胎動(dòng)態(tài)響應(yīng)的問(wèn)題，大幅提升預(yù)測(cè)值與實(shí)際工況的匹配度；另一方面采用“基準(zhǔn)曲線映射+單點(diǎn)參數(shù)計(jì)算”模式，無(wú)需依賴大量歷史數(shù)據(jù)或曲線擬合，僅通過(guò)當(dāng)前時(shí)刻的利用附著系數(shù)、實(shí)時(shí)滑移率即可求解，顯著降低數(shù)據(jù)處理量，提升預(yù)測(cè)實(shí)時(shí)性，避免了傳統(tǒng)方法的滯后性；再者，通過(guò)引入極角一階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行非線性補(bǔ)償，結(jié)合擬合參數(shù)精準(zhǔn)刻畫滑移率-附著系數(shù)曲線的動(dòng)態(tài)幾何特性，保證了預(yù)測(cè)精度；最后適配不同路面類型，通過(guò)基準(zhǔn)路段（已知靜態(tài)曲線的路段）的參數(shù)映射，可快速適配干瀝青、濕瀝青、冰雪等多種未預(yù)先測(cè)試的路面，解決了傳統(tǒng)基于成因的方法魯棒性差、基于響應(yīng)的方法無(wú)法提前預(yù)測(cè)的技術(shù)難題，為后續(xù)制動(dòng)控制提供精準(zhǔn)、前瞻性的目標(biāo)參考。

44、3、本發(fā)明中的電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算方法以時(shí)變最佳滑移率為滑移率控制目標(biāo)，確保制動(dòng)控制始終圍繞最大化路面附著系數(shù)展開(kāi)，從源頭提升制動(dòng)效率，解決了傳統(tǒng)方法控制目標(biāo)固定、無(wú)法適配動(dòng)態(tài)路面的問(wèn)題；同時(shí)建立以滑移率及其一階導(dǎo)為狀態(tài)變量、電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為控制變量的狀態(tài)空間方程，充分刻畫制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，避免了僅考慮滑移率單一變量導(dǎo)致的控制片面性；另外通過(guò)離散化處理將連續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為適配數(shù)字控制器的模型，兼顧控制精度與實(shí)時(shí)執(zhí)行效率，契合電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)快速響應(yīng)的特性；接著構(gòu)建含滑移率跟蹤誤差和控制變量增量的代價(jià)函數(shù)，在保證滑移率精準(zhǔn)跟蹤目標(biāo)值的同時(shí)，約束電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的突變，避免制動(dòng)沖擊，提升駕駛舒適性；最后通過(guò)求解最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制序列并輸出首個(gè)控制量，確保控制指令的實(shí)時(shí)更新，適配時(shí)變最佳滑移率的動(dòng)態(tài)變化，有效避免車輪抱死或制動(dòng)不足，大幅提升制動(dòng)安全性與穩(wěn)定性。