CN114771477A - 一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动方法。通过测量车辆行驶速度与车辆转动角速度计算滑移率与车辆车速轮速偏差值，再与期望滑移率比较得到车速轮速偏差值误差信号，然后基于速度信号设计速度误差比例信号、速度误差积分信号以及速度误差非线性信号。最后根据车辆滑移率计算车辆摩檫力与空气阻力的估计值，并得到基于车速轮速偏差值误差信号的摩檫力随动补偿信号，最后综合形成制动力矩，实现车辆防抱死制动控制。该方法物理意义明确，制动效果良好，尤其是能够有效减少对路面模型精确参数的依赖性。

Description

一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动方法

技术领域

本发明涉及汽车刹车制动与控制领域，具体而言，涉及一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动的方法。

背景技术

汽车防抱死制动系统，也就是ABS系统，是车辆在紧急制动时通过高速自动的调节制动力矩，防止车辆抱死，保障乘客的安全，其控制研究有着重要的经济价值与市场价值。目前传统的防抱死制动控制有的采用了PID控制、模糊PID控制、自学习控制、鲁棒控制、滑模控制，甚至神经网络自适应控制等方法进行了尝试。在已有的控制方式中，有部分方法对摩擦力未进行补偿，有的对摩檫力进行了补偿，但是基于精确建模的基础进行精确补偿。但由于路面变化、轮胎参数的不准确等等实际原因，精确模型是难以获得的，因此实际补偿结果仍然是非精确的。基于上述背景原因，本发明提出了一种基于车辆车速轮速偏差值的误差信号随动补偿的方法，对摩檫力以及空气阻力进行随动补偿，从而减少了整个方法对精确模型的依赖性；同时在求解速度误差比例信号、速度误差积分信号与速度误差非线性信号时，均采用基于速度变化而随动控制的方法，使得整个方案物理意义明确，而且通过实验表明具有很好的防抱死制动效果。因此，本发明所提供方法更加灵活，具有很高的创新价值与实用价值。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动方法，进而克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的摩檫力补偿效果不佳与防抱死制动效果不足的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动方法，包括以下步骤：

步骤S10，安装速度传感器，测量车辆行驶速度；在车轮上安装角速度传感器，测量车轮转动角速度；计算车辆滑移率与车辆车速轮速偏差值，并设定期望滑移率且计算车辆车速轮速偏差值的期望值，最终通过比较得到车辆车速轮速偏差值误差信号；

步骤S20，根据所述的车辆车速轮速偏差值误差信号与车轮速度信号，分别求解速度误差比例信号、速度误差积分信号与速度误差非线性信号；

步骤S30，根据所述的车辆滑移率，求解车轮与地面摩檫力估计值，根据车辆速度，求解车辆阻力估计值。然后根据摩檫力估计值与阻力估计值以及车辆车速轮速偏差值的误差信号，解算摩檫力随动补偿信号；

步骤S40，根据所述的摩檫力随动补偿信号与速度误差比例信号、速度误差积分信号以及速度误差非线性信号进行叠加，得到最终的控制力矩信号，输送给车辆制动系统，实现车辆车轮的刹车制动。

在本发明的一种示例实施例中，根据传感器测量的车辆行驶速度与车轮转动角速度计算车辆滑移率与车辆车速轮速偏差值，并设定期望滑移率与计算车辆车速轮速偏差值的期望值，最终通过比较得到车辆车速轮速偏差值误差信号包括：

v_a0＝s₀v；

σ＝sv-v_a0；

其中v为通过安装速度传感器测量得到车辆行驶速度；ω为在车轮上安装速度传感器，测量得到的车轮转动角速度；s为车辆滑移率；r为车轮半径，其详细选取见后文案例实施。s₀为根据路面情况设定的期望滑移率，v_a0为车辆车速轮速偏差值的期望值，σ为车辆车速轮速偏差值误差信号。

在本发明的一种示例实施例中，根据所述的车辆车速轮速偏差值误差信号与车轮速度信号，求解速度误差比例信号、速度误差积分信号与速度误差非线性信号包括：

u₁＝(k₁+k₂/v+k₃/v²)σ；

u₂＝(k₄+k₅/v+k₆/v²)∫σdt+∫(k₇/v+k₈/v²)σdt；

其中k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆、k₇、k₈、k₉、k₁₀、k₁₁为常值控制参数，其详细选取详见后文案例实施；u₁为速度误差比例信号，u₂为速度误差积分信号；u₃为速度误差非线性信号。

在本发明的一种示例实施例中，根据所述的车辆滑移率，求解车轮与地面摩檫力估计值，根据车辆速度，求解车辆阻力估计值；然后根据摩檫力估计值与阻力估计值以及车辆车速轮速偏差值的误差信号，解算摩檫力随动补偿信号包括：

F_x＝mgμ；

F_v＝0.5c_dρv²；

其中其中μ为地面与轮胎的摩擦系数估计值，w₀、w₁、p₀、p₁、p₂、p₃、p₄、p₅为常值参数，由地面与轮胎情况决定，详细选取见后文案例实施，m为车辆质量的四分之一，g为重力加速度。F_x为车轮与地面摩檫力估计值，F_v为车辆阻力估计值，；c_d为车辆风阻力系数，ρ为大气密度，I为车轮的转动惯量，详细选取见后文案例实施；u₄为摩檫力随动补偿信号。

在本发明的一种示例实施例中，根据所述的摩檫力随动补偿信号与速度误差比例信号、速度误差积分信号以及速度误差非线性信号进行叠加，得到最终的控制力矩信号包括：

T_b＝I(u₁+u₂+u₃+u₄)；

T_b为最终的控制力矩信号，I为车轮的转动惯量，u₁为速度误差比例信号，u₂为速度误差积分信号，u₃为速度误差非线性信号，u₄为摩檫力随动补偿信号。

有益效果

本发明一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动方法，其主要创新点有如下两点：其一是采用基于车辆车速轮速偏差值的误差信号随动补偿的方法，对摩檫力以及空气阻力进行随动补偿，从而减少了整个防抱死控制方法对车辆路面运动精确模型的依赖。其二是在求解速度误差比例信号、速度误差积分信号与速度误差非线性信号时，均采用基于速度变化而随动控制的方法，使得整个方案物理意义明确，而且实验中体现了良好的控制效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动方法流程图。

图2是本发明实施例所提供方法的车辆行驶速度曲线；

图3是本发明实施例所提供方法的车辆车轮转动角速度曲线；

图4是本发明实施例所提供方法的摩檫力随动补偿信号曲线；

图5是本发明实施例所提供方法的控制力矩信号；

图6是本发明实施例所提供方法的车辆滑移率信号曲线。

具体实施方式

现在将参考附图基础上更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。

本发明提供了一种通过测量车辆速度与角速度计算车辆滑移率与车辆车速轮速偏差信号，并进一步求解速度误差比例信号、速度误差积分信号与速度误差非线性信号；再根据车辆滑移率与车速估算摩檫力与空气阻力，得到摩檫力随动补偿信号，最终形成制动力矩信号，控制车辆按照期望的滑移率进行防抱死刹车制动的方法。

下面，将结合附图对本发明的一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动方法，进行进一步的解释以及说明。参考图1所示，该一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动方法，可以包括以下步骤：

步骤S10，安装速度传感器，测量车辆行驶速度；在车轮上安装角速度传感器，测量车轮转动角速度；计算车辆滑移率与车辆车速轮速偏差值，并设定期望滑移率并计算车辆车速轮速偏差值的期望值，最终通过比较得到车辆车速轮速偏差值误差信号；

具体的，首先，通过安装速度传感器，测量车辆的行驶速度，记作v；在车轮上安装速度传感器，测量车轮转动角速度，记作ω；

其次，计算车辆滑移率，记作s，其计算方式如下：

其中r为车轮半径，其详细选取见后文案例实施。

再次，根据路面情况，设定期望滑移率，记作s₀，并计算车辆车速轮速偏差值的期望值，记作v_a0，其计算方式如下：

v_a0＝s₀v；

最后，通过比较得到车辆车速轮速偏差值的误差信号，记作σ，其计算方式如下：

σ＝sv-v_a0；

步骤S20，根据所述的车辆车速轮速偏差值误差信号与车轮速度信号，分别求解速度误差比例信号、速度误差积分信号与速度误差非线性信号；

具体的，首先根据所述的车辆车速轮速偏差值的误差信号与车轮速度信号，求解基于速度变化的速度误差比例信号，记作u₁，其计算方式如下：

u₁＝(k₁+k₂/v+k₃/v²)σ；

其中k₁、k₂、k₃为常值控制参数，其详细选取详见后文案例实施。

其次，根据所述的车辆车速轮速偏差值的误差信号与车轮速度信号，求解基于速度变化的速度误差积分信号，记作u₂，其计算方式如下：

u₂＝(k₄+k₅/v+k₆/v²)∫σdt+∫(k₇/v+k₈/v²)σdt；

其中k₄、k₅、k₆、k₇、k₈为常值控制参数，其详细选取详见后文案例实施。

最后，根据所述的车辆车速轮速偏差值的误差信号与车轮速度信号，求解速度误差非线性信号，记作u₃，其计算方式如下：

其中k₉、k₁₀、k₁₁为常值控制参数，其详细选取详见后文案例实施。

步骤S30，根据所述的车辆滑移率，求解车轮与地面摩檫力估计值，根据车辆速度，求解车辆阻力估计值。然后根据摩檫力估计值与阻力估计值以及车辆车速轮速偏差值的误差信号，解算摩檫力随动补偿信号。

具体的，首先根据车辆滑移率，求解车轮与地面摩檫力估计值，记作F_x，其计算方式如下：

F_x＝mgμ；

其中μ为地面与轮胎的摩擦系数估计值，w₀、w₁、p₀、p₁、p₂、p₃、p₄、p₅为常值参数，由地面与轮胎情况决定，详细选取见后文案例实施，m为车辆质量的四分之一，g为重力加速度，详细选取见后文案例实施。

其次，根据根据车辆速度，求解车辆阻力估计值，记作F_v，其详细解

算如下所示：

F_v＝0.5c_dρv²；

其中c_d为车辆风阻力系数，详细选取见后文案例实施。ρ为大气密度，详细选取见后文案例实施。

最后，根据摩檫力估计值与阻力估计值以及车辆车速轮速偏差值的误差信号，解算摩檫力随动补偿信号，记作u₄，其计算方式如下：

I为车轮的转动惯量，详细选取见后文案例实施。

步骤S40，根据所述的摩檫力随动补偿信号与速度误差比例信号、速度误差积分信号以及速度误差非线性信号进行叠加，得到最终的控制力矩信号，输送给车辆制动系统，实现车辆车轮的刹车制动。

具体的，根据所述的摩檫力随动补偿信号与速度误差比例信号、速度误差积分信号以及速度误差非线性信号进行叠加，得到最终的控制力矩信号，记作T_b，其叠加解算方式如下：

T_b＝I(u₁+u₂+u₃+u₄)；

其中I为车轮的转动惯量，u₁为速度误差比例信号，u₂为速度误差积分信号，u₃为速度误差非线性信号，u₄为摩檫力随动补偿信号。

案例实施与计算机仿真模拟结果分析

在步骤S10中，选取中r＝0.326米，设置期望滑移率为s₀＝0.2，通过传感器测量得到车辆行驶速度如图2所示，车辆车轮转动角速度曲线如图3所示。

在步骤S20中，选取k₁＝-55、k₂＝120、k₃＝80、k₄＝50、k₅＝25、k₆＝12、k₇＝30、k₈＝20、k₉＝125、k₁₀＝35、k₁₁＝40。

在步骤S30中，选取m＝420，w₀＝0.22、w₁＝0.88、p₀＝4.25、p₁＝0.88、p₂＝-0.32、p₃＝0.91、p₄＝-0.28、p₅＝-0.32、c_d＝0.32、I＝1.11、ρ＝1.29、g＝9.8，最终得到摩檫力随动补偿信号如图4所示。

在步骤S40中得到控制力矩信号如图5所示，最终得到车辆滑移率如图6所示。由图2可以看出，车辆速度平稳的从25米每秒下降到0.5米每秒左右，而由图6可以看出整个制动过程，车辆滑移率均在期望滑移率0.2附近，除了末端滑移率有所增加，但此时车辆速度已经很低，不会产生安全问题，从而可见整个制动方案是平稳有效而安全的。

Claims (4)

1.一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动方法，其特征在于，在根据传感器测量的车辆行驶速度与车轮转动角速度计算车辆滑移率与车辆车速轮速偏差值，并设定期望滑移率与计算车辆车速轮速偏差值的期望值，最终通过比较得到车辆车速轮速偏差值误差信号包括：

v_a0＝s₀v；

σ＝sv-v_a0；

其中v为通过安装速度传感器测量得到车辆行驶速度；ω为在车轮上安装角速度传感器，测量得到的车轮转动角速度；s为车辆滑移率；r为车轮半径；s₀为根据路面情况设定的期望滑移率，v_a0为车辆车速轮速偏差值的期望值，σ为车辆车速轮速偏差值误差信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动方法，其特征在于，根据所述的车辆车速轮速偏差值误差信号与车轮速度信号，求解速度误差比例信号、速度误差积分信号与速度误差非线性信号包括：

u₁＝(k₁+k₂/v+k₃/v²)σ；

u₂＝(k₄+k₅/v+k₆/v²)∫σdt+∫(k₇/v+k₈/v²)σdt；

其中k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆、k₇、k₈、k₉、k₁₀、k₁₁为常值控制参数；u₁为速度误差比例信号，u₂为速度误差积分信号；u₃为速度误差非线性信号，σ为车辆车速轮速偏差值误差信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动方法，其特征在于，根据所述的车辆滑移率，求解车轮与地面摩檫力估计值，根据车辆速度，求解车辆阻力估计值；然后根据摩檫力估计值与阻力估计值以及车辆车速轮速偏差值的误差信号，解算摩檫力随动补偿信号包括：

F_x＝mgμ；

F_v＝0.5c_dρv²；

其中μ为地面与轮胎的摩擦系数估计值，w₀、w₁、p₀、p₁、p₂、p₃、p₄、p₅为常值参数，由地面与轮胎情况决定，m为车辆质量的四分之一，g为重力加速度；F_x为车轮与地面摩檫力估计值，F_v为车辆阻力估计值；c_d为车辆风阻力系数，ρ为大气密度，I为车轮的转动惯量；u₄为摩檫力随动补偿信号。

4.根据权利要求3所述的一种基于摩檫力随动补偿的汽车防抱死制动方法，其特征在于，根据所述的摩檫力随动补偿信号与速度误差比例信号、速度误差积分信号以及速度误差非线性信号进行叠加，得到最终的控制力矩信号包括：

T_b＝I(u₁+u₂+u₃+u₄)；

其中T_b为最终的控制力矩信号，I为车轮的转动惯量，u₁为速度误差比例信号，u₂为速度误差积分信号，u₃为速度误差非线性信号，u₄为摩檫力随动补偿信号。

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