[发明专利]一种电动汽车速度跟踪控制方法

权利要求书

1.一种电动汽车速度跟踪控制方法，其特征在于，包括：

建立分层式控制器，用于将电动汽车的速度跟踪问题转化为由期望速度到期望加速度，再到期望油门踏板和制动踏板开合度的解算问题；

所述分层式控制器包括上层控制器和下层控制器；

所述上层控制器基于电动汽车的运动学模型构建，由期望速度和反馈速度预测期望加速度a_des；

所述下层控制器基于电动汽车的逆纵向动力学模型构建，根据所述期望加速度a_des求解油门踏板和制动踏板的开合度控制量，实现对电动汽车的速度跟踪控制；

上层控制器采用模型预测控制算法实现；下层控制器构建时，首先建立逆纵向动力学模型，从中提取出含有未知量的车辆传动参数，并将油门踏板和制动踏板的开合度控制量采用所述车辆传动参数表达；采用自适应辨识算法确定车辆传动参数，代入开合度控制量表达式，获得开合度控制量；

所述逆纵向动力学模型构建方式为：

(1)构建电动汽车在行驶中的动力学模型：

其中，F_x(t)为前后轮轮胎纵向力之和，g(t)为包含前轮滚动阻力、后轮滚动阻力、纵向的空气阻力、行驶路面阻力的总阻力，m为整车的总质量，v(t)为实际车速，t为时间；

(2)将电动汽车的驱动电机输出扭矩T_e(t)与油门踏板开合度控制量u_th(t)关系表示为一阶系统：

其中，k_th(t)是驱动电机动力学时变比例增益，τ_th(t)是第一一阶时间常数；

(3)将电动汽车的制动器输出扭矩T_b(t)与制动踏板开合度控制量u_b(t)关系表示为一阶系统：

其中，k_b(t)是制动器动力学时变比例增益，τ_b(t)是第二一阶时间常数；

(4)在无滑移条件下，轮胎纵向力表示为发动机净转矩与制动转矩之和：

其中，其中r_g为减速比，R_eff为轮胎有效半径；

(5)联立公式(1)～(4)，引入时变车辆传动参数λ_th(t)，λ_b(t)，G(t)，得到逆纵向动力学模型如下：

其中a为实际加速度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上层控制器采用模型预测控制算法实现，具体为：

根据电动汽车的运动学模型，将传动系统采用一阶惯性系统设计，构建出传动系统的离散状态空间方程：

x(k+1)＝Ax(k)+Bu_a(k)

y(k)＝Cx(k)，C＝[1 0]

x(k)＝[v a]，u_a(k)＝a_des

式中，x为状态向量，u_a为上层控制器的控制量输出，y(k)为输出方程，括号中的k表示当前采样时刻，k+1表示下一采样时刻，T为采样周期，a_des为期望加速度，a为实际加速度，K为系统增益，τ_d为时间常数，v为实际车速；

为避免过大的加速度和冲击度，惩罚函数定义为：

式中，Δu_a(k)表示控制输入的增量，H_p表示为预测步长，H_c为控制步长，y_p(k+i|k)为控制输出预测值；y_ref(k+i|k)为控制输出参考值；(k+i|k)表示根据k采样时刻的信息来预测k+i时刻的值，其中i＝1，......，H_p；u_a(k+i)和Δu_a(k+i)分别是k+i时刻控制输入和控制输入增量，其中i＝1，......H_c-1；Q，R，S分别是系统输出量、控制增量和控制量权重系统矩阵；

利用离散状态空间方程和惩罚函数进行模型预测控制，预测出期望加速度提供给下层控制器。