基于加权最小二乘拟合的电动车ACC模式仲裁切换策略研究
发布时间：2023-01-26 20:08:35 来源：文档文库
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基于加权最小二乘拟合的电动车ACC模式仲裁切换策略研究
初亮;李天骄;孙成伟
【摘要】传统自适应巡航模式仲裁切换策略因未考虑环境变化对于基准加速度的影响,从而导致模式频繁切换,加速度控制不精确.因此,设计了实时在线拟合的模式仲裁切换策略,利用拟合方法辨识行驶阻力模型关系式参数.对传统最小二乘算法引入遗忘因子加权,削弱历史数据影响,满足对时变数据的跟随.优化求解算法,通过递推运算提高算法效率从而满足控制实时性要求.仿真验证算法在外界有风速干扰和坡度干扰的情况下预测基准加速度的准确性,结果显示,稳态时预测基准加速度准确性较高;在外界环境突变后,算法能较快适应新的环境参数.【期刊名称】《汽车工程学报》【年(卷,期】2017(007004【总页数】8页(P253-260
【关键词】公路运输;模式仲裁切换策略;最小二乘拟合;自适应巡航;纯电动车【作者】初亮;李天骄;孙成伟
【作者单位】吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,长春130022;吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,长春130022;吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,长春130022【正文语种】中文【中图分类】U469.72
电动车自适应巡航控制（AdaptiveCruiseControl，ACC）系统纵向动力学控制包括驱动控制和制动控制。通过控制驱动电机电流，输出驱动转矩，经过主减速器、半轴、车轮传导到地面实现整车的驱动；通过控制车身电子稳定性控制系统能量吸收式方向机柱（Energy-absorbingSteeringColumnElectronicSpeedController，ESC）的柱塞泵和电磁阀，获得制动压力，再经过轮缸、制动钳、制动盘、车轮等传导到地面实现整车的制动。由于驱动控制和制动控制的传递路径以及控制方法差异较大，在ACC系统中驱动控制算法和制动控制算法一般分为两个独立的控制模块，二者不能同时动作［1-2］。因此，在ACC系统中需要一个控制模式仲裁切换策略，决策对于需求状态的控制模式。
由于车辆传动系和制动系的内部阻力以及外界环境对车辆的行驶阻力的存在，车辆在滑动状态（既不驱动也不制动）下不会产生0加速度，其值会随着外界阻力的变化而变化，定义滑动状态时的加速度为基准加速度。基准加速度的选取对车辆驱动控制或制动控制有着重要的意义，基准加速度选择的不精确，会导致ACC系统工作时在驱动模式和制动模式之间频繁切换，不仅加快部件磨损，还会导致实际的加速度或减速度相较于目标值产生较大的误差。
目前，对于电动车ACC控制模式仲裁切换策略的研究较少。裴晓飞等［3］提出一种ACC分层控制算法，通过取车辆节气门开度为0的滑行试验，直接测出不同车速下该车能够获得的最大减速度值，结果滤波得到节气门/制动控制切换时的加速度基准曲线。李以农等［4］通过分析车辆纵向动力学模型，列解加速度基准曲线方程，并在切换面加入缓冲层，建立加速/制动的逻辑切换规律。总之，目前对于ACC系统的控制模式仲裁切换策略主要有两种方案，一种是通过一次试验获得车速-基准加速度关系表，通过查表法得到不同车速下的基准加速度；另一种是根据车辆驱动和制动的动力学模型，得到车速-基准加速度关系式，通过代入计算式求解得到基准加速度。然而两种方案均是通过一次离线计算获得车速-基准加速度
关系，未考虑外界阻力变化对基准加速度曲线的影响。对于不同参数的车型需要重新进行试验或参数匹配，因而带来额外的成本和工作量。
针对常规ACC控制模式仲裁切换策略的不足，本研究建立了一种在线获得车速-基准加速度关系式的ACC控制模式仲裁切换算法，可以根据历史数据实时修正车速-基准加速度关系曲线。首先分析车辆纵向动力学模型，得到车速-基准加速度关系式，并通过改进的最小二乘拟合法实时拟合关系式参数。考虑传统最小二乘拟合法计算量大，难以满足整车控制器实时性计算要求，本研究优化了传统最小二乘拟合法，通过递推运算大幅减少计算量，同时考虑到外界环境的突变，对于最小二乘拟合法引入遗忘因子加权，通过对历史数据折旧使算法快速适应外界环境变化。面向ACC系统的动力学分析仅需考虑车辆纵向动力学分析，即驱动、制动过程的动力学模型。汽车在行驶过程中的受力如图1所示。
汽车在行驶过程中受到的阻力主要包括四部分：滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、加速阻力。由驱动电机、传动系统传递的力矩作用于车轮上，以克服上述阻力。列出汽车驱动力与行驶阻力平衡方程式为［5］：
式中：Ft为汽车驱动力；Fr为滚动阻力；Fw为空气阻力；Fi为坡度阻力；Fa为汽车受到的加速阻力。1.1驱动力
汽车的驱动力由电机产生的驱动转矩经过主减速器和半轴传递至车轮。计算式（2）为：
式中：Mmotor为电机转矩，Nm；r为轮胎滚动半径，m；ig
