CN109733350A - 基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统及控制方法，包括前后车信息采集模块、决策模块和电磁制动器；决策模块包括上层控制器和下层控制器，上层控制器包括策略切换控制器和算法模块；前后车信息采集模块将所采集的前后车系统状态输入到策略切换控制器进行处理分析后，选择算法模块中储存的相应算法模型输出制动力控制量，下层控制器用于接收制动力控制量，根据该制动力控制量控制电磁制动器进行制动动作，能够根据拖挂式房车所处的行驶工况切换控制模型与控制目标，从而兼顾房车制动时的稳定性与安全性。

Description

基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统及方法

技术领域

本发明属于拖挂式房车技术领域，尤其涉及基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统及方法。

背景技术

车辆制动系统性能好坏直接关系到人身安全的，国内外车企和科研部门都非常重视汽车新型制动系统的研发。电磁制动器作为一种新型制动器，这种制动器在拖挂式房车领域已经广泛使用。由于当前电子器件的广泛使用，电磁制动器体现出了其相对于传统液压回路的优越性，为进一步提升车辆智能化提供了条件。

由于房车质量、前车制动的不确定性以及相关道路因素，可以看出房车所处的工况较为复杂，目前，这种控制方法虽然算法简单，但是拖挂式房车制动效果取决于试验精度，并且由于制动状况的复杂性，试验标定方法的周期较长，实际操作时费时费力。目前针对房车制动的模型已经具有一定量的积累，但是这些模型在建模与控制时，大都仅考虑了房车制动的单一性能，如拖挂式房车行驶时的操纵稳定性。而随着当今社会驾乘要求舒适性越来越高，这种仅考虑房车行驶时的操纵稳定性的控制模型很难满足这种既要求驾乘舒适性，又驾乘安全性的要求。

前通常利用单个模型对于房车制动力大小进行控制，且所提及的控制模型大都仅仅关注房车的横向稳定性，这种单一控制对象的房车制动力控制方法无法满足当今驾乘人员舒适性要求。

发明内容

本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统及方法，能够在不同行驶工况下切换控制模型与控制目标，从而兼顾房车制动时的稳定性与安全性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统，包括前后车信息采集模块、决策模块和电磁制动器；所述决策模块包括上层控制器和下层控制器，所述上层控制器包括策略切换控制器和算法模块；

所述前后车信息采集模块将所采集的前后车系统状态输入到策略切换控制器进行处理分析后，选择算法模块中储存的相应算法模型输出制动力控制量，下层控制器用于接收制动力控制量，根据该制动力控制量控制电磁制动器进行制动动作。

进一步，前后车信息采集模块包括安装于前车的前车加速度计用于实时测量前车加速度信号，安装于拖挂式房车处的后车加速度计用于实时测量拖挂式房车处的加速度信号，安装于前车的前车制动踏板行程传感器用于感知前车制动踏板行程，从而估计前车制动力矩大小。安装于拖挂式房车接头处的测力传感器用于实时测量房车连接件中的受力情况。

进一步，所述算法模型包括直线制动模型、低速转弯制动模型和中高速转弯制动模型；

进一步，所述直线制动模型表示为：F₂(t)＝m₂a₂-m₁a₁+F₁(t)+2F_d(t)，其中，F₂(t)为后车所需的理想制动力，F₁(t)为前车受到的总制动力，F_d(t)为前车与后车连接杆力，m₁、m₂分别为前、后车质量，a₁、a₂分别为前、后车加速度；

进一步，所述低速转弯制动模型表示为：

其中，F_2l(t)为后车左侧前轮制动力，F_2r(t)为后车右侧前轮制动力，F_d(t)为前车与后车连接杆力，F_d(t)与x轴夹角为θ，α为横摆角加速度，a为纵向加速度，l为拖挂式房车轮距，L为轴距，房车质量为m₂，I_z为车辆沿车辆坐标系z轴的转动惯量；

进一步，所述中高速转弯制动模型表示为：

采用试验标定的方法以拖挂式房车安全性作为控制目标对房车制动力进行控制，试验标定方法如下：

确定拖挂式房车制动安全性指标，如前车与后车侧向加速度差、后车侧向滑移量等。

设定若干个房车中高速转弯状况下的实验车速。

在每个车速中，对房车按照不同制动力以及不同方向盘转角分别进行转弯制动实验，实验中记录事先确定的制动安全指标。

根据所测得的安全指标，在各组车速以及方向盘转角下选取安全性指标最优的一组作为该车速、方向盘转角下的理想房车制动力。

最终获得以车速、方向盘转角为自变量，理想房车制动力为因变量的二维表，从而根据此表的数值对房车制动力进行控制。

一种基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制方法，

当前车制动踏板行程传感器接收的制动踏板行程信号达设定的行程阈值时，房车制动力控制系统开始工作；策略切换控制器根据车辆所运行的状态选择算法模块相应的算法模型；进入对应模块后，按照对应模块的所给模型获得较优的拖挂式房车制动力控制量；

下层控制器根据该控制量进行电磁制动器的电流控制，控制拖挂式房车进行制动。

进一步，策略切换控制器切换的条件为：

当前车的侧向加速度未超过给定阈值，则采用直线制动模型进行制动控制；

当前车的侧向加速度超过给定阈值，且车速信号也超过给定阈值，则采用中高速转弯制动模型进行制动控制；

当前车的侧向加速度超过给定阈值，但车速信号未超过给定阈值，则采用低速转弯制动模型进行控制。

本发明的有益效果：

本发明对于房车的制动力控制根据房车的控制目标的不同建立了使用不同控制量输入的对应工况的模型，兼顾了拖挂式房车制动的舒适性和安全性。

针对不同的控制目标使用不同的房车制动模型，使得房车制动模型的针对性更强，能够根据当前工况下的控制目标建立针对性的模型，有利于进一步完善在对应工况下的房车制动性能。

由于该发明所涉及的基于多模型的房车制动模型根据不同的房车制动工况选用不同的控制量与控制模型，各个子模型相较于单一工况下简单，因此易于在实车中实现。

附图说明

图1是本发明基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统结构图；

图2是本发明基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统直线制动工况模型示意图；

图3是本发明基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制低速转弯制动工况模型示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明所提出的一种基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统，包括前后车信息采集模块，前后车信息采集模块具体包括车速传感器用于检测前后车的车速；前车加速踏板行程传感器用于感知前车制动踏板行程，从而估计前车制动力矩大小；前车加速计安装于前车，用于实时测量前车加速度a₁信号；后车加速计安装于拖挂式房车处，用于实时测量拖挂式房车处的加速度a₂信号，测力传感器安装于拖挂式房车接头处，用于实时测量前车与后车连接杆力F_d(t)，房车质量检测模块用于测量前车与后车的质量m₁、m₂。

决策模块包括上层控制器和下层控制器，上层控制器中的策略切换控制器根据前后车信息采集模块输入的前后车系统状态，选择算法模块存储的算法模型进行处理输出制动力控制量，下层控制器用于接收制动力控制量，根据该制动力控制量控制电磁制动器进行制动动作。

算法模块存储的算法模型分别为：直线制动模型、低速转弯制动模型和中高速转弯制动模型。

如图2所示直线制动模型的构造方法为：

在车辆直线行驶工况下，根据拖挂式房车直线制动工况，前车与后车以相同速度行进，设前车受到的总制动力为F₁(t)，中间杆受到的拉力为F_d(t)，后车所需的理想制动力为F₂(t)，前、后车质量分别为m₁、m₂，前、后车加速度分别为a₁、a₂。

对前车受力分析有

F₁(t)+F_d(t)＝m₁a₁ (1)

对后车进行受力分析，有

F₂(t)-F_d(t)＝m₂a₂ (2)

通过上述公式可获得

F₂(t)＝m₂a₂-m₁a₁+F₁(t)+2F_d(t) (3)

对于直线制动，由于对车辆行驶的横向稳定性要求不高，因此该模型重点考虑拖挂式房车对于前车的舒适性影响。由于影响前车舒适性的参数主要为中间杆的受力情况，因此通过控制拖挂式房车制动力，即可控制拖挂式房车中间杆对于前车的冲击力，从而显著提高直线制动时房车对于前车的制动性。

如图3所示低速转弯制动模型：

车辆低速转弯制动工况下，为了保证拖挂式房车的安全，应使得房车与前车的横摆角速度相同，为了保证前车舒适性，本发明通过控制房车制动力使得横摆角加速度与纵向加速度相同。

在低速转弯制动条件下，前车与后车的行驶轨迹基本重合，可认为横摆角速度相同。在转向制动时，应保证同侧车轮制动力相同，因此设左侧前轮制动力为F_2l(t)，右侧前轮制动力为F_2r(t)，前车与后车连接杆力为F_d(t)，F_d(t)与车辆坐标系中的x轴夹角为θ，为了保证后车的侧滑，应当保证前车与后车具有相同的横摆角加速度α，为了保证舒适性，即前车与后车应具有相同的纵向加速度a。设拖挂式房车轮距为l，轴距为L，房车质量为m₂，I_z为车辆沿车辆坐标系z轴的转动惯量；则有下式成立。

通过上述方程组，即可获得后车左侧与右侧各车轮理想制动力分配。

中高速转弯制动模型采用试验标定方法如下：

确定拖挂式房车制动安全性指标，如前车与后车侧向加速度差、后车侧向滑移量等。设定若干个房车中高速转弯状况下的实验车速。在每个车速中，对房车按照不同制动力以及不同方向盘转角分别进行转弯制动实验，实验中记录事先确定的制动安全指标。根据所测得的安全指标，在各组车速以及方向盘转角下选取安全性指标最优的一组作为该车速、方向盘转角下的理想房车制动力。最终获得以车速、方向盘转角为自变量，理想房车制动力为因变量的二维表，从而根据此表的数值对房车制动力进行控制。

可评估拖挂式房车危险程度的可供选用的评估方法包括但不仅限于下列方法：

前车与后车的横摆角速度信号用于衡量两车运动的一致性程度，两者的一致性程度越好，则越安全。

前车制动踏板信号用于判断前车施加制动力的大小，制动力越大，在制动瞬间产生的前车与后车的不同步现象就越严重，越可能发生侧滑等危险状况，危险程度越高。

拖挂式房车质量越大，其存在的惯性越大，因此相同条件下越容易发生侧滑，因此危险程度越高。

一种基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制方法，

当前车驾驶员踩下制动踏板，此时制动踏板行程传感器接收制动踏板行程信号，当前车制动踏板行程传感器接收的制动踏板行程信号达设定的行程阈值时，房车制动力控制系统开始工作；

当前车的侧向加速度未超过给定阈值，策略切换控制器则采用直线制动模型进行制动控制；

当前车的侧向加速度超过给定阈值，且车速信号也超过给定阈值，则策略切换控制器采用中高速转弯制动模型进行制动控制；

当前车的侧向加速度超过给定阈值，但车速信号未超过给定阈值，则策略切换控制器采用低速转弯制动模型进行控制。

进入对应模块后，按照对应模块的所给模型获得较优的拖挂式房车制动力控制量；

下层控制器根据该控制量进行电磁制动器的电流控制，控制拖挂式房车进行制动。

表1选择对应控制模型的控制目的及获得方法表格

如表1所示，本发明说提出的一种基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统及方法，根据房车的控制目标的不同建立了使用不同控制量输入的对应工况的模型，兼顾了拖挂式房车制动的舒适性和安全性。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统，其特征在于，包括前后车信息采集模块、决策模块和电磁制动器；所述决策模块包括上层控制器和下层控制器，所述上层控制器包括策略切换控制器和算法模块；

所述前后车信息采集模块将所采集的前后车系统状态输入到策略切换控制器进行处理分析后，选择算法模块中储存的相应算法模型输出制动力控制量，下层控制器用于接收制动力控制量，根据该制动力控制量控制电磁制动器进行制动动作。

2.根据权利要求1所述的基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统，其特征在于，所述前后车信息采集模块包括安装于前车的前车加速度计，安装于拖挂式房车处的后车加速度计，安装于前车的前车制动踏板行程传感器，安装于拖挂式房车接头处的测力传感器。

3.根据权利要求1所述的基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统，其特征在于，所述算法模型包括直线制动模型、低速转弯制动模型和中高速转弯制动模型。

4.根据权利要求3所述的基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统，其特征在于，所述直线制动模型表示为：F₂(t)＝m₂a₂-m₁a₁+F₁(t)+2F_d(t)，其中，F₂(t)为后车所需的理想制动力，F₁(t)为前车受到的总制动力，F_d(t)为前车与后车连接杆力，m₁、m₂分别为前、后车质量，a₁、a₂分别为前、后车加速度。

5.根据权利要求3所述的基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统，其特征在于，所述低速转弯制动模型表示为：

其中，F_2l(t)为后车左侧前轮制动力，F_2r(t)为后车右侧前轮制动力，F_d(t)为前车与后车连接杆力，F_d(t)与x轴夹角为θ，α为横摆角加速度，a为纵向加速度，l为拖挂式房车轮距，L为轴距，房车质量为m₂，I_z为车辆沿车辆坐标系z轴的转动惯量。

6.根据权利要求3所述的基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统，其特征在于，所述中高速转弯制动模型采用试验标定的方法对房车制动力进行控制。

7.根据权利要求6所述的基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制系统，其特征在于，所述试验标定方法如下：确定拖挂式房车制动安全性指标，如前车与后车侧向加速度差、后车侧向滑移量，设定若干个房车中高速转弯状况下的实验车速，在每个车速中，对房车按照不同制动力以及不同方向盘转角分别进行转弯制动实验，实验中记录事先确定的制动安全指标，根据所测得的安全指标，在各组车速以及方向盘转角下选取安全性指标最优的一组作为该车速、方向盘转角下的理想房车制动力，最终获得以车速、方向盘转角为自变量，理想房车制动力为因变量的二维表，从而根据此表的数值对房车制动力进行控制。

8.一种基于权利要求1至7中任意一项权利要求所述的基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制方法，其特征在于，当前车制动踏板行程传感器接收的制动踏板行程信号达设定的行程阈值时，房车制动力控制系统开始工作；策略切换控制器根据车辆所运行的状态选择算法模块相应的算法模型；进入对应模块后，按照对应模块的所给模型获得较优的拖挂式房车制动力控制量。

9.根据权利要求8所述的基于多模型控制的拖挂式房车制动力控制方法，所述策略切换控制器切换的条件为：

当前车的侧向加速度未超过给定阈值，则采用直线制动模型进行制动控制；

当前车的侧向加速度超过给定阈值，且车速信号也超过给定阈值，则采用中高速转弯制动模型进行制动控制；

当前车的侧向加速度超过给定阈值，但车速信号未超过给定阈值，则采用低速转弯制动模型进行控制。