一种考虑道路坡度的混动履带车辆机电联合紧急制动稳定性控制方法及车辆与流程

本发明涉及汽车工程，特别涉及一种考虑道路坡度的混合动力履带车辆机电联合紧急制动稳定性控制方法和车辆。

背景技术：

1、履带车辆在各种工程和军事应用中扮演着重要角色，但在紧急制动情况下，其纵向稳定性是一个关键挑战。传统的履带车辆制动系统通常仅使用常规制动器，如液压制动器来减速和停止车辆，然而，在紧急制动时，液压制动器的制动力矩控制响应较慢，控制精度低，且严重依赖实验标定，且难以根据道路坡度变化对最大制动力进行调整，为了防止由于制动过程中车辆产生的巨大制动力矩导致车辆翘尾角过大，从而危及车辆的稳定性和安全性，液压制动曲线的设定往往较为保守，无法根据实际制动情况进行调整，无法实现车辆高效安全制动，在坡道上制动时制动效率和安全性则会进一步受影响。同时，当车辆处于坡道时，坡度同样会对车辆的制动效果造成影响，使得车辆更容易或更难发生纵向倾斜，液压制动难以在控制中弥补坡度对车辆制动的影响。

2、随着混合动力履带车辆的出现，其制动过程中，在使用液压制动器制动的同时，可以通过电机动能回收提供额外的制动转矩，实现机电复合制动。该方法通过结合传统机械系统和电动系统，利用电机的动力输出来辅助和优化制动过程，但现有的基于机电复合控制的履带车辆紧急制动稳定性控制方法仍存在一些局限性。其中之一是缺乏对车辆制动过程中最大减速度曲线的精确描述和控制。最大减速度曲线是根据翘尾角限制求得的车辆制动过程中车速与最大减速度的关系曲线，它能够确保车辆在制动过程中的纵向稳定性，避免翘尾角过大。当前的研究往往忽视了最大减速度曲线的建立和控制，导致制动过程中的不稳定性和效率低下。

技术实现思路

1、本公开提供了一种考虑道路坡度的混合动力履带车辆机电联合紧急制动稳定性控制方法。该方法通过电机提供制动力矩，与传统制动器实现机电联合制动，充分利用电机扭矩控制灵活、扭矩响应快的特点，通过对电机进行前馈pid控制，精确控制车辆的减速度，使辆在以最大减速度进行紧急制动时车辆的减速度满足根据翘尾角限制求得的最大减速度曲线，同时弥补道路坡度对车辆制动效果的影响。通过精确控制电机的转矩输出，本公开能够实现对车辆制动过程中的纵向稳定性的高效控制，提高制动性能和安全性。

2、本公开提供考虑道路坡度的混合动力履带车辆机电联合紧急制动稳定性控制方法，包括以下步骤：

3、s1，基于水平路面上车辆参数和制动稳定性要求建立翘尾角约束下的、与车速对应的最大安全减速度曲线；

4、s2，基于坡度感知装置，实时获得车辆当前所处坡度角度，以及紧急制动开始后的当前车辆翘尾角；

5、s3，通过车速传感器实时获取车辆当前速度信息和实时减速度；

6、s4，基于当前坡度和翘尾角，对步骤s1所述最大安全减速度曲线进行实时修正；

7、s5，当车辆需要以最大减速度进行紧急制动时，以s4修正后的最大安全减速度曲线中所计算的最大减速度作为控制目标，在机械制动装置按照预设制动曲线进行减速之外，控制调整电机扭矩，改变车辆的制动力，实现对车辆减速度的精确控制。

8、进一步的，所述步骤s1中的最大安全减速度曲线指履带车辆在水平路面上紧急制动期间车速与减速度的关系曲线，反映车辆完成制动时最大翘尾角θmax≤5°前提下，实时车速对应的最大减速度值；

9、建立最大减速度曲线的方法包括：

10、通过对车辆进行动力学分析，得到车辆当前车速下允许的最大安全减速度的对应关系为：

11、

12、其中，v为当前车速，g为重力加速度，k为由于前接地点卡死导致制动时间缩短的程度，据实际制动试验统计获得经验值，α为当前车速下允许的最大安全减速度；由此得到车速与最大减速度的关系曲线。

13、进一步的，所述步骤s2中的坡度感知装置通过传感器测量车辆的运动状态信息，包括车辆的俯仰角以及角速度，然后基于传感器数据，实时计算车辆的俯仰角度和车辆相对水平面的坡度角度。

14、进一步的，所述步骤s3具体包括：

15、车速通过车辆速度传感器实时获得；

16、车辆减速度通过车速数据实时计算获得：

17、

18、其中，vk为当前时刻车速，vk-1为上一个时刻车速，δt为获取车速的采样间隔时间。

19、进一步的，所述步骤s4中：对步骤s1所述最大安全减速度曲线进行实时修正，指建立履带车辆在有纵向坡度路面上紧急制动期间，车速、坡度与最大允许减速度的关系曲线，反映车辆完成制动时最大翘尾角θ'max前提下，实时车速对应的最大安全减速度值；

20、具体方法包括：

21、通过对车辆进行动力学分析，得到车辆当前车速和坡度下，允许的最大安全减速度的对应关系为：

22、

23、其中，v为当前车速，g为重力加速度，θ'max为当前车速和坡度下的所允许的最大翘尾角，β为当前车辆所坡度度，k为由于前接地点卡死导致制动时间缩短的程度，据实际制动试验统计获得经验值，α为当前车速下允许的最大安全减速度；

24、其中，最大允许翘尾角θ'max根据如下经验公式获得：

25、θ'max＝f(β,v)

26、其中，θ'max为当前车速下的所允许的最大翘尾角，β为当前车辆所处坡度，v为当前车速。

27、进一步的，所述步骤s5具体包括：

28、s51，若车辆减速度<最大减速度曲线预设值，则车辆对电机转矩进行前馈控制，液压制动装置按照预设液压制动曲线进行减速；

29、s52，若车辆减速度≥最大减速度曲线，则不仅进行对电机的前馈控制，同时也对电机扭矩进行pid控制。

30、进一步的，所述步骤s51中，液压制动曲线和电机前馈控制制动力表示为：

31、f＝f(p)

32、tm＝kf·β

33、其中，f为液压制动力，p为制动压力，tm为电机扭矩，β为车辆所处道路坡度；前馈增益系数kf表示为：

34、kf＝f(v,g,r,l,h,l)

35、

36、其中，v为车辆车速，g为重力加速度，r为车辆中心回转半径，l为履带接地长度，h为中心距履带底线高度，l为重心距后接地点距离。

37、进一步的，所述步骤s52中，电机转矩为：

38、

39、e(k)＝αi-α

40、其中，u(k)为离散时间点k的控制输入，即电机转矩；e(k)为离散时间点k的误差，即最大减速度与实际减速度之差；αi为根据车速与最大减速度的关系曲线得到的当前车速对应的最大减速度；α为计算得到的车辆当前减速度；kp为比例增益；ki是积分增益；kd是微分增益。

41、本公开还提供了一种应用上述方法的基于机电联合制动的混合动力履带车辆。

42、与现有技术相比，本公开的有益效果是：

43、(1)纵向稳定性控制：提供了一种基于机电联合制动的方法，通过精确控制电机的转矩输出，在满足最大的减速度曲线的同时弥补了坡度对车辆制动效果的影响，从而改善了混合动力履带车辆在坡道紧急制动情况下的纵向稳定性。通过减小翘尾角的幅度，有效降低了制动过程中的不稳定性，提高了车辆的安全性和可靠性。

44、(2)制动性能优化：传统履带车辆通常采用常规制动器，但在紧急制动时，常规制动器的响应速度有限，控制精度差，无法根据实际制动情况进行调整，导致制动效率不高。本公开通过机电联合制动，利用电机的动力输出来辅助和优化制动过程，实现了制动性能的提升。电机扭矩控制的灵活性和快速响应特性，有效地提供了额外的制动转矩，提高了制动效率和性能。

45、(3)考虑道路坡度：车辆紧急制动时会根据车辆所处道路坡度，通过对电机制动转矩进行根据坡度的前馈控制，使得车辆在坡道时制动时效率、制动稳定性上升，在上坡时实现更好的制动性能，在下坡时实现更好的制动稳定性，防止车辆翘尾角过高，从而有效提升了履带车辆在坡道上的制动性能。

46、(4)系统动态响应优化：采用了前馈pid控制算法，通过比例、积分和微分处理误差信号，并通过前馈环节处理坡度信号，实现对系统动态响应的优化。比例控制调节电机转矩增益，使实际减速度趋向于最大减速度；积分控制消除系统稳态误差；微分控制预测系统未来变化趋势，提高系统响应速度；前馈控制基于对车辆坡道制动时的动力学分析，弥补坡道对车辆制动效果的影响。这种优化的控制算法使得系统更加稳定、响应更迅速，减少了超调和振荡现象，提高了整体性能。

47、(5)能量回收利用：提出在制动过程中利用电机动能回收的方法，实现了能量的有效回收利用。通过将电机作为发电机运行，将制动过程中产生的动能转化为电能并储存，可以减少能量的浪费，提高能源利用效率。