[发明专利]基于分数阶极值搜索的非线性ABS控制方法

说明书

本发明公开一种基于分数阶极值搜索的非线性ABS控制方法，主要包括分别建立汽车动力学模型、轮胎模型、参考滑移率模型；设计非线性ABS控制器和设计分数阶极值搜索控制器；将极值搜索控制中的滤波器和积分反馈设置成分数阶微积分算法，以制动减速度作为搜索控制的输出，建立以制动减速度为指标的分数阶系数寻优函数，通过寻优能够使分数阶系数寻优函数最大的分数阶系数，确定最优分数阶系数。有益效果：本发明能够将分数阶系统的鲁棒性和稳定性的优点转化到极值搜索控制器当中，与非线性控制配合，能够提高制动系统的响应特性，增加车辆的制动减速度，减少制动距离。

技术领域

本发明涉及汽车防抱死制动系统的控制方法，特别涉及一种基于分数阶极值搜索的非线性ABS控制方法，属于汽车制动系统领域。

背景技术

制动防抱死系统(antilock brake system)简称ABS。作用就是在汽车制动时，自动控制制动器制动力的大小，使车轮不被抱死，处于边滚边滑(滑移率在20％左右)的状态，以保证车轮与地面的附着力在最大值。

但是，不同的路面最佳滑移率是不同的。目前车辆使用的制动力控制系统，大部分采用的是基于门限的路面识别方法，只能获得路面附着情况的粗略分级。这种识别方法虽然简单有效，但是估算结果粗糙，且存在较大的不确定性和误差，根据该路面识别方法所设计的制动力控制策略无法充分利用地面附着力，使车辆的制动性能有所降低。

为了解决这一问题，最近出现了一种有效的ABS控制算法——极值搜索控制，无需路面识别，通过极值搜索完成最优滑移率的控制。该方法在一定的参数范围内具有较快的收敛速度和良好的稳态性能。该方法不仅提高了车辆ABS的性能，而且对参数变化具有较强的鲁棒性。在该方法中，利用外部激励信号对系统进行扰动来计算梯度。极值搜索控制的结构允许使用未知的目标函数。

发明内容

发明目的：为了提高ABS控制算法的收敛速度，本发明将分数阶算子与极值搜索控制相结合的算法应用到ABS系统的控制中，提供了一种基于分数阶极值搜索的非线性ABS控制方法。

本发明将分数阶系统的鲁棒性和稳定性的优点转化到极值搜索控制器中，能够提高车辆制动系统的响应特性，增加车辆的制动减速度，减少制动距离。

技术方案：一种基于分数阶极值搜索的非线性ABS控制方法，主要包含如下步骤：

步骤一、建立数学模型：分别建立汽车动力学模型、轮胎模型、参考滑移率模型；

步骤二、设计非线性ABS控制器：采用积分反馈法，将滑移率和滑移率积分作为控制目标，在连续区间内以预测跟踪误差最小化为优化目标，采用泰勒级数展开法预测下一个时间区间λ(t+h)的轮胎滑移率和其积分，预测周期h为预测时域，通过保证轮胎滑移率跟踪误差和滑移率积分跟踪误差，计算当前控制量；

步骤三、设计分数阶极值搜索控制器：将极值搜索控制中的滤波器和积分反馈设置成分数阶微积分算法，以制动减速度作为搜索控制的输出，建立以制动减速度为指标的分数阶系数寻优函数，通过寻优能够使分数阶系数寻优函数最大的分数阶系数，确定最优分数阶系数。

所述车辆动力学模型为：

其中R为车轮半径，I_t为轮胎等效转动惯量；为车辆纵向加速度，为车轮角加速度，T_b为制动力矩，F_x为轮胎纵向力，

m_t为车辆的总质量的四分之一：

其中，m_vs为车辆簧载质量，m_w为车轮质量；

1/4车模型下的轮胎垂直载荷为：