一种车速控制方法和装置与流程

本发明实施例涉及车速控制技术领域，尤其涉及一种车速控制方法和装置。

背景技术：

现阶段对于发动机系统的整车车速控制多采用pid反馈控制，或采用pid反馈控制结合map前馈控制的方式来实现整车车速的闭环控制。

但无论是前馈控制部分还是反馈控制部分，使用经典的pid控制方法都有大量的参数需要标定，且由于反馈需要一定时间，使得车速跟随响应偏慢。

技术实现要素：

本发明提供一种车速控制方法和装置，解决了现有技术中使用传统的pid控制对整车车速进行控制时存在的车速跟随响应较慢，且需要标定大量参数的技术问题。

本发明实施例提供了一种车速控制方法，所述车速控制方法包括：

建立发动机系统的车辆动力学方程；

基于所述车辆动力学方程构建发动机系统的扩张状态方程；

根据所述扩张状态方程得到扩张状态观测器；

基于所述车辆动力学方程建立发动机系统的比例控制器；

根据所述车辆动力学方程、所述比例控制器以及所述扩张状态观测器确定所述发动机系统的牵引扭矩；

将所述牵引扭矩作为输入量输入所述发动机系统的闭环控制器中。

进一步地，所述建立发动机系统的车辆动力学方程包括：

根据整车参数、发动机的牵引扭矩、车辆总负载扭矩、当前车速以及坡度值得到车辆动力学方程，其中，所述整车参数包括整车质量、汽车旋转质量换算系数、变速箱传动比、主减速比、车辆传动系效率以及车轮半径。

进一步地，所述根据整车参数、发动机的牵引扭矩、车辆总负载扭矩、当前车速以及坡度值得到车辆动力学方程包括：

构建所述车辆动力学方程其中，m为所述整车质量，δ为所述汽车旋转质量换算系数，ig为所述变速箱传动比，i0为所述主减速比，η所述车辆传动系效率，r为所述车轮半径，t为发动机的牵引扭矩，f0为车辆总负载扭矩，v为所述当前车速，为v的导数，θ为所述坡度值。

进一步地，基于所述车辆动力学方程构建发动机系统的扩张状态方程包括：

提取所述车辆动力学方程的参数；

利用所述车辆动力学方程的参数构建所述扩张状态方程。

进一步地，在提取所述车辆动力学方程的参数之后，所述利用所述车辆动力学方程的参数构建所述扩张状态方程包括：

设x1＝v，x2＝f(v,f0,θ,m)，u＝t，其中，为x2的导数；

利用所述车辆动力学方程的系数构建所述扩张状态方程：

y＝cx，

其中，c＝[10]，为x的导数。

进一步地，所述根据所述扩张状态方程得到扩张状态观测器包括：

设x的估计值为输出量y的估计值为所述扩张状态观测器的增益矩阵则所述扩张状态观测器为：

其中，为x1的估计值，为x2的估计值，β1和β2均为所述扩张状态观测器的增益矩阵系数。

进一步地，所述基于所述车辆动力学方程建立发动机系统的比例控制器包括：

由所述车辆动力学方程确定所述发动机系统的阶数；

基于所述发动机系统的阶数建立所述比例控制器。

进一步地，当由所述车辆动力学方程确定所述发动机系统的阶数为一阶时，所述基于所述发动机系统的阶数建立所述比例控制器包括：

建立所述比例控制器其中，kp为比例控制参数，v为当前车速，为当前车速v的导数，vref为所述发动机系统的设定车速值。

进一步地，所述根据所述车辆动力学方程、所述比例控制器以及所述扩张状态观测器确定所述发动机系统的牵引扭矩包括：

基于所述扩张状态观测器估计所述发动机系统的扰动值f(v,f0,θ,m)；

根据所述车辆动力学方程、所述比例控制器以及所述发动机系统的扰动值确定所述发动机系统的牵引扭矩

本发明实施例还提供了一种车速控制装置，所述车速控制装置包括：

第一建立单元，用于建立发动机系统的车辆动力学方程；

第二建立单元，用于基于所述车辆动力学方程构建发动机系统的扩张状态方程；

转换单元，用于根据所述扩张状态方程得到扩张状态观测器；

第三建立单元，用于基于所述车辆动力学方程建立发动机系统的比例控制器；

确定单元，用于根据所述车辆动力学方程、所述比例控制器以及所述扩张状态观测器确定所述发动机系统的牵引扭矩；

控制单元，用于将所述牵引扭矩作为输入量输入所述发动机系统的闭环控制器中。

本发明公开了一种车速控制方法和装置，车速控制方法包括建立发动机系统的车辆动力学方程；基于车辆动力学方程构建发动机系统的扩张状态方程；根据扩张状态方程得到扩张状态观测器；基于车辆动力学方程建立发动机系统的比例控制器；根据车辆动力学方程、比例控制器以及扩张状态观测器确定发动机系统的牵引扭矩；将牵引扭矩作为输入量输入发动机系统的闭环控制器中。本发明通过使用扩张状态观测器直接估算发动机系统中的总扰动，并利用估计出的总扰动参与发动机系统的闭环反馈控制，解决了现有技术中使用传统的pid控制对整车车速进行控制时存在的车速跟随响应较慢，且需要标定大量参数的技术问题，实现了提高发动机系统的响应性的同时减少了发动机系统标定工作量的技术效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种车速控制方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的发动机系统的闭环控制结构图；

图3是本发明实施例提供的另一种车速控制方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的又一种车速控制方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的又一种车速控制方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的又一种车速控制方法的流程图；

图7是本发明实施例提供的一种车速控制装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。本发明下述各个实施例可以单独执行，各个实施例之间也可以相互结合执行，本发明实施例对此不作具体限制。

图1是本发明实施例提供的一种车速控制方法的流程图。

如图1所示，车速控制方法具体包括如下步骤：

步骤s101，建立发动机系统的车辆动力学方程。

具体地，构建车辆动力学方程其中，m为整车质量，δ为汽车旋转质量换算系数，ig为变速箱传动比，i0为主减速比，η车辆传动系效率，r为车轮半径，t为发动机的牵引扭矩，f0为车辆总负载扭矩，v为当前车速，为v的导数，θ为坡度值。

需要说明的是，车辆总负载扭矩f0包括摩擦阻力、风阻、坡度阻力以及模型误差，且车辆总负载扭矩f0是车速、摩擦系数、坡度等参数的非线性函数，δ、ig、i0、η、r等均为常量，车辆定型后可直接获取；整车质量m采用空车质量，其与实际车重的误差可以算作模型误差，放入f(v,f0,θ,m)中。

步骤s102，基于车辆动力学方程构建发动机系统的扩张状态方程。

具体地，在构建出车辆动力学方程之后，设x1＝v，x2＝f(v,f0,θ,m)，u＝t，则构建发动机系统的扩张状态方程为：

y＝cx，

其中：c＝[10]，为x的导数。

步骤s103，根据扩张状态方程得到扩张状态观测器。

可选地，在得到扩张状态方程之后，设x的估计值为输出量y的估计值为扩张状态观测器的增益矩阵则扩张状态观测器为：

其中，为x1的估计值，为x2的估计值，β1和β2均为扩张状态观测器的增益矩阵系数。

在控制过程中，对增益矩阵l进行配置，使得a-lc的矩阵特征根在复平面的左半部分，使得该扩张状态观测器稳定。

步骤s104，基于车辆动力学方程建立发动机系统的比例控制器。

具体地，根据车辆动力学方程可知发动机系统为一阶系统，则建立发动机系统的比例控制器为其中，kp为比例控制参数，v为当前车速，为当前车速v的导数，vref为所述发动机系统的设定车速值。

步骤s105，根据车辆动力学方程、比例控制器以及扩张状态观测器确定发动机系统的牵引扭矩。

具体地，由扩张状态观测器可以直接估算出发动机系统的总扰动f(v,f0,θ,m)，然后根据车辆动力学方程比例控制器以及扰动值f(v,f0,θ,m)确定发动机系统的牵引扭矩矩

步骤s106，将牵引扭矩作为输入量输入发动机系统的闭环控制器中。

图2是本发明实施例提供的发动机系统的闭环控制结构图。

具体地，如图2所示，p控制器表示比例控制参数kp，将计算出的牵引扭矩t作为输入量输入发动机系统的闭环控制器中，利用扩张状态观测器直接估算出和即估算出当前车速v的估计值以及发动机系统的扰动值f(v,f0,θ,m)，并将估算出的扰动部分直接反馈至发动机系统的闭环控制器中，从而实现了对车速的控制；并且由于大部分参数均为发动机系统的固有参数，可以直接获取，有效减少了标定工作量。

本发明通过使用扩张状态观测器直接估算发动机系统中的总扰动，并利用估计出的总扰动参与发动机系统的闭环反馈控制，解决了现有技术中使用传统的pid控制对整车车速进行控制时存在的车速跟随响应较慢，且需要标定大量参数的技术问题，实现了提高发动机系统的响应性的同时减少了发动机系统标定工作量的技术效果，同时由于在不增加成本的前提下能够提高整车车速的控制响应性，并同时减少了标定工作量，使得产品竞争力得到了提升，具有良好的市场前景。

基于上述技术方案，本实施例对建立发动机系统的车辆动力学方程进行优化。图3是本发明实施例提供的另一种车速控制方法的流程图，如图3所示，本实施例提供的车速控制方法包括如下步骤：

步骤s301，根据整车参数、发动机的牵引扭矩、车辆总负载扭矩、当前车速以及坡度值得到车辆动力学方程，其中，整车参数包括整车质量、汽车旋转质量换算系数、变速箱传动比、主减速比、车辆传动系效率以及车轮半径。

可选地，步骤s301，根据整车参数、发动机的牵引扭矩、车辆总负载扭矩、当前车速以及坡度值得到车辆动力学方程包括：构建车辆动力学方程其中，m为整车质量，δ为汽车旋转质量换算系数，ig为变速箱传动比，i0为主减速比，η车辆传动系效率，r为车轮半径，t为发动机的牵引扭矩，f0为车辆总负载扭矩，v为当前车速，为v的导数，θ为坡度值。

步骤s302，基于车辆动力学方程构建发动机系统的扩张状态方程。

步骤s303，根据扩张状态方程得到扩张状态观测器。

步骤s304，基于车辆动力学方程建立发动机系统的比例控制器。

步骤s305，根据车辆动力学方程、比例控制器以及扩张状态观测器确定发动机系统的牵引扭矩。

步骤s306，将牵引扭矩作为输入量输入发动机系统的闭环控制器中。

本发明通过使用扩张状态观测器直接估算发动机系统中的总扰动，并利用估计出的总扰动参与发动机系统的闭环反馈控制，解决了现有技术中使用传统的pid控制对整车车速进行控制时存在的车速跟随响应较慢，且需要标定大量参数的技术问题，实现了提高发动机系统的响应性的同时减少了发动机系统标定工作量的技术效果，同时由于在不增加成本的前提下能够提高整车车速的控制响应性，并同时减少了标定工作量，使得产品竞争力得到了提升，具有良好的市场前景。

基于上述技术方案，本实施例对基于车辆动力学方程构建发动机系统的扩张状态方程进行优化。图4是本发明实施例提供的又一种车速控制方法的流程图，如图4所示，本实施例提供的车速控制方法包括如下步骤：

步骤s401，建立发动机系统的车辆动力学方程。

步骤s402，提取车辆动力学方程的参数。

具体地，根据车辆动力学方程可知，其参数有mδ、等。

步骤s403，利用车辆动力学方程的参数构建扩张状态方程。

可选地，在步骤s402提取车辆动力学方程的参数之后，步骤s403，用车辆动力学方程的参数构建扩张状态方程包括：设x1＝v，x2＝f(v,f0,θ,m)，u＝t，其中，为x2的导数；利用车辆动力学方程的系数构建扩张状态方程：

y＝cx，

其中，c＝[10]，为x的导数。

步骤s404，根据扩张状态方程得到扩张状态观测器。

步骤s405，基于车辆动力学方程建立发动机系统的比例控制器。

步骤s406，根据车辆动力学方程、比例控制器以及扩张状态观测器确定发动机系统的牵引扭矩。

步骤s407，将牵引扭矩作为输入量输入发动机系统的闭环控制器中。

本发明通过使用扩张状态观测器直接估算发动机系统中的总扰动，并利用估计出的总扰动参与发动机系统的闭环反馈控制，解决了现有技术中使用传统的pid控制对整车车速进行控制时存在的车速跟随响应较慢，且需要标定大量参数的技术问题，实现了提高发动机系统的响应性的同时减少了发动机系统标定工作量的技术效果，同时由于在不增加成本的前提下能够提高整车车速的控制响应性，并同时减少了标定工作量，使得产品竞争力得到了提升，具有良好的市场前景。

基于上述技术方案，本实施例对基于车辆动力学方程建立发动机系统的比例控制器进行优化。图5是本发明实施例提供的又一种车速控制方法的流程图，如图5所示，本实施例提供的车速控制方法包括如下步骤：

步骤s501，建立发动机系统的车辆动力学方程。

步骤s502，基于车辆动力学方程构建发动机系统的扩张状态方程。

步骤s503，根据扩张状态方程得到扩张状态观测器。

步骤s504，由车辆动力学方程确定发动机系统的阶数。

步骤s505，基于发动机系统的阶数建立比例控制器。

可选地，当由车辆动力学方程确定发动机系统的阶数为一阶时，步骤s505，基于发动机系统的阶数建立比例控制器包括：建立比例控制器其中，kp为比例控制参数，v为当前车速，为当前车速v的导数，vref为发动机系统的设定车速值。

步骤s506，根据车辆动力学方程、比例控制器以及扩张状态观测器确定发动机系统的牵引扭矩。

步骤s507，将牵引扭矩作为输入量输入发动机系统的闭环控制器中。

本发明通过使用扩张状态观测器直接估算发动机系统中的总扰动，并利用估计出的总扰动参与发动机系统的闭环反馈控制，解决了现有技术中使用传统的pid控制对整车车速进行控制时存在的车速跟随响应较慢，且需要标定大量参数的技术问题，实现了提高发动机系统的响应性的同时减少了发动机系统标定工作量的技术效果，同时由于在不增加成本的前提下能够提高整车车速的控制响应性，并同时减少了标定工作量，使得产品竞争力得到了提升，具有良好的市场前景。

基于上述技术方案，本实施例对根据车辆动力学方程、比例控制器以及扩张状态观测器确定发动机系统的牵引扭矩进行优化。图6是本发明实施例提供的又一种车速控制方法的流程图，如图6所示，本实施例提供的车速控制方法包括如下步骤：

步骤s601，建立发动机系统的车辆动力学方程。

步骤s602，基于车辆动力学方程构建发动机系统的扩张状态方程。

步骤s603，根据扩张状态方程得到扩张状态观测器。

步骤s604，基于车辆动力学方程建立发动机系统的比例控制器。

步骤s605，基于扩张状态观测器估计发动机系统的扰动值f(v,f0,θ,m)。

步骤s606，根据车辆动力学方程、比例控制器以及发动机系统的扰动值确定发动机系统的牵引扭矩

步骤s607，将牵引扭矩作为输入量输入发动机系统的闭环控制器中。

本发明通过使用扩张状态观测器直接估算发动机系统中的总扰动，并利用估计出的总扰动参与发动机系统的闭环反馈控制，解决了现有技术中使用传统的pid控制对整车车速进行控制时存在的车速跟随响应较慢，且需要标定大量参数的技术问题，实现了提高发动机系统的响应性的同时减少了发动机系统标定工作量的技术效果，同时由于在不增加成本的前提下能够提高整车车速的控制响应性，并同时减少了标定工作量，使得产品竞争力得到了提升，具有良好的市场前景。

本发明实施例还提供了一种车速控制装置，车速控制装置用于执行本发明上述实施例所提供的车速控制方法，以下对本发明实施例提供的车速控制装置做具体介绍。

图7是本发明实施例提供的一种车速控制装置的结构图，如图7所示，车速控制装置主要包括：第一建立模块71，第二建立模块72，转换模块73，第三建立模块74，确定模块75，控制模块76，其中：

第一建立模块71，用于建立发动机系统的车辆动力学方程；

第二建立模块72，用于基于车辆动力学方程构建发动机系统的扩张状态方程；

转换模块73，用于根据扩张状态方程得到扩张状态观测器；

第三建立模块74，用于基于车辆动力学方程建立发动机系统的比例控制器；

确定模块75，用于根据车辆动力学方程、比例控制器以及扩张状态观测器确定发动机系统的牵引扭矩；

控制模块76，用于将牵引扭矩作为输入量输入发动机系统的闭环控制器中。

可选地，第一建立模块71具体用于：根据整车参数、发动机的牵引扭矩、车辆总负载扭矩、当前车速以及坡度值得到车辆动力学方程，其中，整车参数包括整车质量、汽车旋转质量换算系数、变速箱传动比、主减速比、车辆传动系效率以及车轮半径。即第一建立模块71用于构建车辆动力学方程其中，m为整车质量，δ为汽车旋转质量换算系数，ig为变速箱传动比，i0为主减速比，η车辆传动系效率，r为车轮半径，t为发动机的牵引扭矩，f0为车辆总负载扭矩，v为当前车速，为v的导数，θ为坡度值。

可选地，第二建立模块72包括：

参数提取子模块，用于提取车辆动力学方程的参数；

第一建立子模块，用于利用车辆动力学方程的参数构建扩张状态方程。

可选地，在参数提取子模块提取车辆动力学方程的参数之后，第一建立子模块具体用于：设x1＝v，x2＝f(v,f0,θ,m)，u＝t，其中，为x2的导数；利用车辆动力学方程的系数构建扩张状态方程：

y＝cx，

其中，c＝[10]，为x的导数。

可选地，转换单元73具体用于：设x的估计值为输出量y的估计值为扩张状态观测器的增益矩阵则扩张状态观测器为：

其中，为x1的估计值，为x2的估计值，β1和β2均为扩张状态观测器的增益矩阵系数。

可选地，第三建立单元74包括：

第一确定子模块，用于由车辆动力学方程确定发动机系统的阶数；

第二建立子模块，用于基于发动机系统的阶数建立比例控制器。

可选地，当第一确定子模块由车辆动力学方程确定发动机系统的阶数为一阶时，第二建立子模块具体用于：建立比例控制器其中，kp为比例控制参数，v为当前车速，为当前车速v的导数，vref为发动机系统的设定车速值。

可选地，确定模块75包括：

估计子模块，用于基于扩张状态观测器估计发动机系统的扰动值f(v,f0,θ,m)；

第二确定子模块，用于根据车辆动力学方程、比例控制器以及发动机系统的扰动值确定发动机系统的牵引扭矩

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

本发明实施例提供的车速控制方法，与上述实施例提供的车速控制装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。