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专利号: 2019109936081
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 一般车辆
更新日期:2024-04-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于电磁制动迟滞补偿的非线性复合ABS控制方法,其特征在于,包含如下步骤:

步骤一、建立数学模型:分别建立车辆动力学数学模型、轮胎数学模型、电磁制动器数学模型、电子液压制动器数学模型和参考滑移率数学模型;

步骤二、根据电子液压制动器数学模型和电磁制动器数学模型设计执行模块Ⅰ和执行模块Ⅱ,根据车辆动力学数学模型、轮胎数学模型和参考滑移率数学模型设计计算模块Ⅰ,计算模块Ⅰ计算出所需的制动力矩,执行模块Ⅰ提供所需制动力矩;计算模块Ⅱ根据电子液压制动器一阶惯性常数和动态特性计算出所需要的迟滞补偿制动力矩,执行模块Ⅱ提供所需的迟滞补偿制动力矩。

2.根据权利要求1所述的基于电磁制动迟滞补偿的非线性复合ABS控制方法,其特征在于:所述车辆动力学数学模型为:其中R为车轮半径,为车辆纵向加速度, 为车轮角加速度,Tb为制动力矩,Fx为轮胎纵向力,It为轮胎等效转动惯量;

mt为车辆的总质量的四分之一:其中,mvs为车辆簧载质量,mw为车轮质量;

1/4车模型下的轮胎垂直载荷为:其中l为轴距,hcg为簧载质量质心的高度,FL为制动传递的动荷载,公式(1)代入公式(4)求解非线性代数方程来计算Fz;

定义轮胎的滑移率λ:

其中,λ表示轮胎滑移率,v表示车辆纵向速度;

对公式(5)关于时间求导:

其中,表示 表示滑移率的导数,将公式(1)和(2)代入公式(6)得

3.根据权利要求2所述的基于电磁制动迟滞补偿的非线性复合ABS控制方法,其特征在于,所述轮胎数学模型为:

采用非线性Dugoff轮胎模型:其中

其中,Ci为轮胎纵向刚度,Cα为轮胎侧向刚度,u为路面摩擦系数,εr为路面附着系数,α为轮胎侧偏角。

4.根据权利要求3所述的基于电磁制动迟滞补偿的非线性复合ABS控制方法,其特征在于,所述电磁制动器数学模型为:电磁制动器施加在制动盘上的制动力矩为Te=2BIebL      (11)其中, S=ab;

因此,

式中,Te为电磁制动力矩,B为穿过制动盘的磁感应强度,a为磁极截面宽度,b为磁极面长度,L为制动盘中心到磁极中心的距离,Ie为在制动盘上产生的电涡流有效值,i为在制动盘上产生的电涡流瞬时值,ρ′为制动盘电阻率,Δh为涡流在制动盘上的集肤深度,μr为相对磁导率,ω为制动盘转动角速度,μ0为真空磁导率,N为铁芯上所扰线圈的匝数,I为电磁制动器通电电流强度,lg为气隙间距,ke为折算系数;

一阶惯性环节来表征电磁制动力矩迟滞特性,即式中:Kbm为电磁制动力矩常数,Tm(s)和Twm(s)分别为电磁制动的实际制动力矩和参考制动力矩,时间常数τ2反映电子液压制动系统系统惯性,s表示频域坐标轴的频率值。

5.根据权利要求4所述的基于电磁制动迟滞补偿的非线性复合ABS控制方法,其特征在于,所述电子液压制动器数学模型为:同样采用一阶惯性环节来表征电子液压制动力矩的变化产生的时间延迟,即式中:Kbh为电子液压制动力矩常数,Th(s)和Thw(s)分别为电子液压制动系统实际制动力矩和参考制动力矩,时间常数τ2反映电子液压制动系统系统惯性。

6.根据权利要求5所述的基于电磁制动迟滞补偿的非线性复合ABS控制方法,其特征在于,所述参考滑移率数学模型:其中λopt=0.15表示最优滑移率,a=20为时间常数,对方程两边求拉普拉斯逆变换,解一阶零初始条件微分方程,得

‑at

λd(t)=λopt‑λopte       (16)。

7.根据权利要求6所述的基于电磁制动迟滞补偿的非线性复合ABS控制方法,其特征在于,所述步骤二中计算模块Ⅰ和执行模块Ⅰ的设计包括以下步骤:用泰勒级数展开法预测下一个时间区间λ(t+h)的滑移率非线性响应:用公式(1)、(7)构建制动工况下的非线性车辆系统动力学状态方程,考虑轮胎滑移率作为系统输出,写成状态空间形式选取输出向量y1为λ,即

y1=x2     (19)T

x=[v λ] 为系统状态向量,y1为系统输出向量,Tb表示控制输入,非线性轮胎模型(8)已合并到函数f1和f2中;

因此,定义新的状态变量x3为:控制系统的目的为控制车轮滑移率x2=λ和其积分x3=∫λdt收敛于参考响应;将状态变T

量y=[x2 x3]作为系统的输出,构建优化下一时刻跟踪误差的性能指标:即:

w1和w2分别为轮胎滑移率和其积分的加权系数,为实现最高效的跟踪,控制输入Tb的加权项未包含在性能指标中;

在t时刻处的k阶泰勒级数近似为对x2和x3进行泰勒级数展开:对参考滑移率的状态向量进行泰勒级数展开以预测跟踪误差最小化为优化目标,计算当前控制Tb(t):通过将公式(24)‑(27)带入到公式(22)得到以控制输入为变量的性能指标函数,根据最优理论,性能指标函数最优化的必要条件为求得

其中,e2和e3为当前输出向量的跟踪误差:e2=x2(t)‑x2d(t);e3=x3(t)‑x3d(t);β为权重比: 式(29)是积分反馈的非线性控制系统的输出控制。

8.根据权利要求7所述的基于电磁制动迟滞补偿的非线性复合ABS控制方法,其特征在于,所述步骤二中计算模块Ⅱ和执行模块Ⅱ的设计方法为:制动系统将滑移率信号和车速信号发送给作为上层控制器的计算模块Ⅰ,计算模块Ⅰ求解得到制动力矩Tb,并将制动力矩Tb信号发送到执行模块Ⅰ,执行模块Ⅰ实现制动力矩Tb的跟踪控制;作为下层控制器的计算模块Ⅱ通过采样制动力矩Tb信号,求解得到ABS制动系统中液压制动力的变化率,采用一阶泰勒级数前馈补偿控制方法求解电子液压制动系统迟滞补偿制动力Tc:

迟滞补偿控制器将补偿制动力Tc信号发送到执行模块Ⅱ信号,底层执行模块Ⅱ实现制动力矩Tc的跟踪控制;最后,将执行模块Ⅰ产生的制动力矩Th和执行模块Ⅱ产生的制动力矩Tc相加得到迟滞补偿后的复合制动力矩Tbc作用于系统: