本發(fā)明涉及汽車控制，具體涉及一種電動(dòng)汽車制動(dòng)模式切換過程的電液協(xié)調(diào)控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著當(dāng)前能源危機(jī)和環(huán)境污染的不斷加劇，電動(dòng)汽車因具有零排放、高效率、不依賴常規(guī)能源等特點(diǎn)而得到廣泛關(guān)注。電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)由液壓制動(dòng)系統(tǒng)和電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)組成，在制動(dòng)過程中通過采取合適的制動(dòng)控制策略，可以實(shí)現(xiàn)純液壓制動(dòng)、純電制動(dòng)和電液復(fù)合制動(dòng)等制動(dòng)模式。在電機(jī)和液壓復(fù)合制動(dòng)時(shí)，由于電機(jī)和液壓在動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性上的不同會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)強(qiáng)度的變化，在制動(dòng)模式切換過程中會(huì)造成力矩波動(dòng)，從而對系統(tǒng)部件和整車造成一定程度的沖擊，導(dǎo)致制動(dòng)沖擊度過大和沖擊持續(xù)時(shí)間過長，從而影響汽車制動(dòng)的穩(wěn)定性和舒適性，因此電液復(fù)合制動(dòng)控制策略的目標(biāo)是協(xié)調(diào)液壓制動(dòng)和電機(jī)制動(dòng)，在實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收的同時(shí)，保證汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。

2、當(dāng)前電液復(fù)合制動(dòng)控制系統(tǒng)，大多未考慮液壓制動(dòng)和電機(jī)再生制動(dòng)時(shí)的時(shí)域響應(yīng)特性的差異，導(dǎo)致汽車在電機(jī)制動(dòng)力加入和退出時(shí)出現(xiàn)較大的沖擊度。2022年01月21日公布的申請?zhí)枮閏n202111352746.5的中國發(fā)明專利“一種電動(dòng)汽車電液復(fù)合制動(dòng)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及方法”，利用制動(dòng)踏板上的傳感器獲取制動(dòng)踏板的位移信息，并通過制動(dòng)力分配單元分配合適的電機(jī)與液壓制動(dòng)力矩，最終通過電機(jī)制動(dòng)力來補(bǔ)償需求液壓制動(dòng)力與實(shí)際液壓制動(dòng)力之間的差值，減小了電液復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)造成的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)問題。2023年08月11日公布的申請?zhí)枮閏n202310659609.9的中國發(fā)明專利“一種基于二型模糊邏輯的電液復(fù)合制動(dòng)力矩協(xié)調(diào)控制策略”，它以制動(dòng)強(qiáng)度z和電池soc為模糊邏輯輸入對再生制動(dòng)力矩、液壓力矩進(jìn)行分配，并在路面附著系數(shù)突變時(shí)利用電機(jī)完成對液壓力矩的補(bǔ)償。然而，以上這兩項(xiàng)發(fā)明并未充分考慮制動(dòng)過程中駕駛員的制動(dòng)操作因素，復(fù)合制動(dòng)過程中在進(jìn)行電機(jī)和液壓系統(tǒng)模式切換時(shí)，汽車處于恒定制動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)汽車處于變制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，制動(dòng)沖擊強(qiáng)度與沖擊持續(xù)時(shí)間會(huì)發(fā)生一定的變化，特別是制動(dòng)模式切換時(shí)，制動(dòng)沖擊度過大和沖擊持續(xù)時(shí)間較長都會(huì)影響復(fù)合制動(dòng)過程的穩(wěn)定性和舒適性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的是電動(dòng)汽車電液復(fù)合制動(dòng)過程模式切換時(shí)整車沖擊度過大與沖擊持續(xù)時(shí)間過長的問題，提供一種電動(dòng)汽車制動(dòng)模式切換過程的電液協(xié)調(diào)控制方法。

2、為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種電動(dòng)汽車制動(dòng)模式切換過程的電液協(xié)調(diào)控制方法，包括步驟如下：

4、步驟1、獲取電動(dòng)汽車的制動(dòng)強(qiáng)度z，并根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度z計(jì)算電動(dòng)汽車的需求總制動(dòng)力fb；其中需求總制動(dòng)力fb為：

5、fb＝mgz-fw-ff-fi

6、步驟2、將制動(dòng)穩(wěn)定性和能量回收率作為主要目標(biāo)建立多目標(biāo)優(yōu)化模型；其中多目標(biāo)優(yōu)化模型為：

7、

8、步驟3、通過給定步驟2所建立的多目標(biāo)優(yōu)化模型中待求解的制動(dòng)力分配系數(shù)β和電機(jī)制動(dòng)力比例系數(shù)k的約束條件，采用多目標(biāo)遺傳算法對多目標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到多目標(biāo)優(yōu)化模型的解集，即多組制動(dòng)力分配系數(shù)和電機(jī)制動(dòng)力比例系數(shù)的解{(βo,ko)}；

9、步驟4、采用理想決策法計(jì)算多目標(biāo)優(yōu)化模型的解集中的各組解(βo,ko)與理想解(β′,k′)的相對歐式距離，并將相對歐式距離最小的解選為最終的決策解，由此得到制動(dòng)力分配系數(shù)β和電機(jī)制動(dòng)力比例系數(shù)k；其中相對歐式距離d為：

10、

11、步驟5、根據(jù)步驟4所得到的制動(dòng)力分配系數(shù)β和電機(jī)制動(dòng)力比例系數(shù)k，計(jì)算期望電機(jī)制動(dòng)力矩tm_req和期望液壓制動(dòng)力矩th_req；其中

12、期望電機(jī)制動(dòng)力矩tm_req為：

13、tm_req＝fb×β×k×r

14、期望液壓制動(dòng)力矩th_req為：

15、th_req＝fb×r-tm_req

16、步驟6、將期望液壓制動(dòng)力矩th_req送入基于模糊控制的液壓預(yù)測控制算法中，得到實(shí)際液壓制動(dòng)力矩th；

17、步驟7、根據(jù)期望電機(jī)制動(dòng)力矩tm_req、期望液壓制動(dòng)力矩th_req和實(shí)際液壓制動(dòng)力矩th，計(jì)算目標(biāo)電機(jī)制動(dòng)力矩t′m_req；其中目標(biāo)電機(jī)制動(dòng)力矩t′m_req為：

18、

19、步驟8、將目標(biāo)電機(jī)制動(dòng)力矩t′m_req送入基于模型預(yù)測控制與海鷗優(yōu)化的電機(jī)預(yù)測控制算法中，得到實(shí)際電機(jī)制動(dòng)力矩tm；

20、步驟9、基于實(shí)際液壓制動(dòng)力矩tb和實(shí)際電機(jī)制動(dòng)力矩tm對電動(dòng)汽車的液壓制動(dòng)系統(tǒng)和電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制；

21、式中，fb為電動(dòng)汽車的需求總制動(dòng)力，z為電動(dòng)汽車的制動(dòng)強(qiáng)度，m為電動(dòng)汽車的質(zhì)量，g為重力加速度，fw為電動(dòng)汽車行駛的空氣阻力，fg為電動(dòng)汽車行駛的滾動(dòng)阻力，fi為電動(dòng)汽車行駛的坡度阻力；minf1為第一優(yōu)化目標(biāo)，minf2為第二優(yōu)化目標(biāo)，β為電動(dòng)汽車的制動(dòng)力分配系數(shù)，k為電動(dòng)汽車的電機(jī)制動(dòng)力比例系數(shù)，a為電動(dòng)汽車的質(zhì)心到前軸中心線的距離，b為電動(dòng)汽車的質(zhì)心到后軸中心線的距離，l為電動(dòng)汽車的前軸中心線至后軸中心線的距離，hg為電動(dòng)汽車的質(zhì)心高度，r為電動(dòng)汽車的電機(jī)制動(dòng)力臂，ηm為電動(dòng)汽車的電機(jī)發(fā)電效率，n為電動(dòng)汽車的電機(jī)轉(zhuǎn)速，θ為電動(dòng)汽車的電機(jī)功率轉(zhuǎn)換系數(shù)；βo為制動(dòng)力分配系數(shù)的第o個(gè)解，ko為電機(jī)制動(dòng)力比例系數(shù)的第o個(gè)解，o＝1，2，...o，o為解的組數(shù)；d為相對歐式距離，β′為制動(dòng)力分配系數(shù)的理想解，k′為電機(jī)制動(dòng)力比例系數(shù)的理想解；tm_req為期望電機(jī)制動(dòng)力矩，th_req為期望液壓制動(dòng)力矩；th為實(shí)際液壓制動(dòng)力矩，t′m_req為目標(biāo)電機(jī)制動(dòng)力矩。

22、上述步驟6的具體過程如下：

23、步驟6.1、初始化，令當(dāng)前迭代次數(shù)t＝1，上一次實(shí)際液壓制動(dòng)力矩th(0)＝0；

24、步驟6.2、根據(jù)當(dāng)前實(shí)際液壓制動(dòng)力矩th(t)與期望液壓制動(dòng)力矩th_req，計(jì)算當(dāng)前液壓制動(dòng)力矩誤差e(t)和當(dāng)前液壓制動(dòng)力矩誤差變化率δe(t)；其中

25、當(dāng)前液壓制動(dòng)力矩誤差e(t)為：

26、e(t)＝th_req-th(t-1)

27、當(dāng)前液壓制動(dòng)力矩誤差變化率δe(t)為：

28、

29、步驟6.3、將當(dāng)前液壓制動(dòng)力矩誤差e(t)和當(dāng)前液壓制動(dòng)力矩誤差變化率δe(t)一并送入到模糊控制器中，得到當(dāng)前比例系數(shù)kp(t)、當(dāng)前積分系數(shù)ki(t)和當(dāng)前微分系數(shù)kd(t)；

30、步驟6.4、根據(jù)當(dāng)前液壓制動(dòng)力矩誤差e(t)、當(dāng)前比例系數(shù)kp(t)、當(dāng)前積分系數(shù)ki(t)和當(dāng)前微分系數(shù)kd(t)，計(jì)算當(dāng)前液壓力矩控制信號(hào)uh(t)；其中當(dāng)前液壓力矩控制信號(hào)uh(t)為：

31、

32、步驟6.5、基于液壓制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，根據(jù)當(dāng)前液壓力矩控制信號(hào)uh(t)計(jì)算更新當(dāng)前實(shí)際液壓制動(dòng)力矩th(t)；其中當(dāng)前實(shí)際液壓制動(dòng)力矩th(t)為：

33、th(t)＝uh(t)×e-5t

34、步驟6.6、判斷是否達(dá)到迭代終止條件，即當(dāng)前實(shí)際液壓制動(dòng)力矩th(t)等于期望液壓制動(dòng)力矩th_req或者當(dāng)前實(shí)際液壓制動(dòng)力矩th(t)在一定預(yù)設(shè)次數(shù)下不發(fā)生變化：

35、如果是，則將當(dāng)前實(shí)際液壓制動(dòng)力矩th(t)作為所求的實(shí)際液壓制動(dòng)力矩th輸出；

36、否則，令迭代次數(shù)t+1，并返回步驟6.2；

37、式中，e(t)為當(dāng)前液壓制動(dòng)力矩誤差，th_req為期望液壓制動(dòng)力矩，th(t-1)為上一次實(shí)際液壓制動(dòng)力矩，δe(t)為當(dāng)前液壓制動(dòng)力矩誤差變化率，t表示時(shí)間；uh(t)為當(dāng)前液壓力矩控制信號(hào)，kp(t)為當(dāng)前比例系數(shù)，ki(t)為當(dāng)前積分系數(shù)，kd(t)為當(dāng)前微分系數(shù)；th(t)為當(dāng)前實(shí)際液壓制動(dòng)力矩，t為當(dāng)前迭代次數(shù)。

38、上述步驟6.3中，模糊控制器中的模糊pid規(guī)則庫為：

39、

40、表中，e(t)表示當(dāng)前液壓制動(dòng)力矩誤差，δe(t)表示當(dāng)前液壓制動(dòng)力矩誤差變化率，kp(t)表示當(dāng)前比例系數(shù)，ki(t)表示當(dāng)前積分系數(shù)，kd(t)表示當(dāng)前微分系數(shù)，nb表示負(fù)大、nm表示負(fù)中、ns表示負(fù)小、zo表示零、ps表示正小、pm表示正中、pb表示正大。

41、上述步驟8的具體過程如下：

42、步驟8.1、初始化，令當(dāng)前迭代次數(shù)t＝1，上一次實(shí)際電機(jī)制動(dòng)力矩tm(0)＝0，上一次電機(jī)力矩控制信號(hào)um(0)＝0；

43、步驟8.2、采用海鷗優(yōu)化算法，通過最小化適應(yīng)度函數(shù)j1求解輸出誤差的權(quán)重矩陣q(t)和控制輸入變化量的權(quán)重矩陣r(t)；其中適應(yīng)度函數(shù)j1為：

44、

45、步驟8.3、采用模型預(yù)測控制算法，通過最小化代價(jià)函數(shù)j2求解當(dāng)前電機(jī)力矩控制信號(hào)um(t)；其中代價(jià)函數(shù)j2為：

46、j2＝(t′m_req-tm(t-1))t×q(t)×(t′m_req-tm(t-1))

47、+(um(t)-um(t-1))t×r(t)×(um(t)-um(t-1))

48、步驟8.4、基于電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)，根據(jù)當(dāng)前電機(jī)力矩控制信號(hào)um(t)計(jì)算更新當(dāng)前實(shí)際電機(jī)制動(dòng)力矩tm(t)；其中當(dāng)前實(shí)際電機(jī)制動(dòng)力矩tm(t)為：

49、tm(t)＝um(t)×e-100t

50、步驟8.5、判斷是否達(dá)到迭代終止條件，即當(dāng)前實(shí)際電機(jī)制動(dòng)力矩tm(t)等于目標(biāo)電機(jī)制動(dòng)力矩t′m_req或者當(dāng)前實(shí)際電機(jī)制動(dòng)力矩tm(t)在一定預(yù)設(shè)次數(shù)下不發(fā)生變化：

51、如果是，則將當(dāng)前實(shí)際電機(jī)制動(dòng)力矩tm(t)作為所求的實(shí)際電機(jī)制動(dòng)力矩tm輸出；

52、否則，令迭代次數(shù)t+1，并返回步驟8.2；

53、式中，v為電動(dòng)汽車的當(dāng)前車速，γ為輸入矩陣權(quán)重系數(shù)，α為輸出矩陣權(quán)重系數(shù)，q(t)為輸出誤差的權(quán)重矩陣，r(t)為控制輸入變化量的權(quán)重矩陣，t表示時(shí)間；um(t)為當(dāng)前電機(jī)力矩控制信號(hào)，um(t-1)為上一次電機(jī)力矩控制信號(hào)，t′m_req為目標(biāo)電機(jī)制動(dòng)力矩，tm(t-1)為上一次實(shí)際電機(jī)制動(dòng)力矩，(■)t表示轉(zhuǎn)置；tm(t)為當(dāng)前實(shí)際電機(jī)制動(dòng)力矩，t為當(dāng)前迭代次數(shù)。

54、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：

55、1、本發(fā)明通過多目標(biāo)優(yōu)化算法，綜合考慮制動(dòng)穩(wěn)定性和能量回收率，實(shí)現(xiàn)電液制動(dòng)力的優(yōu)化分配。與傳統(tǒng)基于規(guī)則的電液制動(dòng)力分配方法相比，本發(fā)明能夠在確保制動(dòng)安全性的同時(shí)，兼顧能量回收率和制動(dòng)穩(wěn)定性，達(dá)成多目標(biāo)的優(yōu)化，具備更強(qiáng)的實(shí)用性。

56、2、在傳統(tǒng)的電液制動(dòng)系統(tǒng)控制方法中，電機(jī)是在制動(dòng)強(qiáng)度恒定時(shí)加入或退出的，并沒有考慮制動(dòng)強(qiáng)度變化的情況。本發(fā)明基于電機(jī)加入或退出時(shí)制動(dòng)強(qiáng)度恒定或變化的四種工況，設(shè)計(jì)了一種電動(dòng)汽車制動(dòng)模式切換過程的電液協(xié)調(diào)控制策略，通過海鷗優(yōu)化的mpc控制器控制電機(jī)對液壓力矩進(jìn)行補(bǔ)償，可以消除電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的差異，最大程度的減小電液切換過程的沖擊度和沖擊持續(xù)時(shí)間。