专利名称：一种汽车纵向加速度跟踪控制方法
技术领域：
一种汽车纵向加速度跟踪控制方法属于汽车纵向动力学控制技术领域。
背景技术：
汽车纵向运动控制系统通常被设计成分层结构上层控制器根据相对车距和车速输出期望加速度，设计时主要考虑驾驶员特性、队列稳定性和交通流等问题；下层加速度跟踪控制器通过对执行机构的控制使汽车实际加速度跟踪期望值，设计时主要考虑车辆动力学问题。汽车纵向加速度跟踪控制是汽车纵向运动控制的关键技术之一。文献1(Mikael Persson，etc.带起停功能的自适应巡航控制系统控制器设计，Proceedings of the 1999 IEEEInternational Conference on Control Application，1999)将车辆纵向动力学特性近似为线性系统，采用PI方法设计加速度跟踪控制器。由于车辆纵向动力学特性具有非线性，近似为线性系统的方法很难在所有工作点都取得较好的效果。文献2(R.Mayr，基于反馈线性化方法的汽车职能巡航控制系统设计，Proceedings of the American Control Conference，1994)首先采用精确线性化方法将非线性模型转化为线性模型，然后基于线性化模型设计了汽车纵向加速度控制器。文献3(J.K.Hedrick，面向自动驾驶车辆的非线性控制器设计，UKACC International Conference on Control，1998)在建立非线性车辆纵向动力学模型基础上，采用滑模控制方法设计了汽车纵向加速度跟踪滑模控制器。文献4(Kyongsu Yi，etc.基于电控真空助力器的车间距和车速控制系统设计，JSAE Review，22，2001)、文献5(YangBin，etc.带起停功能的巡航控制系统加速度跟踪控制器设计，Proceedings of the 2004IEEE International Conference on Networking，Sensing & Control，2004)和文献6(侯德藻等，基于模型匹配方法的汽车主动避撞下位控制系统，汽车工程，25(4)，2003)都首先通过逆动力学模型来消除传动系统的非线性，将由逆向和正向车辆纵向动力学模型组成的新系统近似为线性系统并对线性系统特性进行辨识基础上，文献4采用PI方法，文献5采用滑模方法，文献6采用前馈为模型匹配控制器反馈为H∞控制器的二自由度结构分别设计了相应的加速度跟踪控制器。
上述控制方法需要比较准确的车辆模型，即使H∞等鲁棒控制方法也不能处理很大的模型不确定性。但在实际行驶条件下，由于建模过程中不可避免的未建模动态特性和参数变化造成的模型误差会使车辆纵向动力学特性在很大一个范围内发生变化，使得通过一个固定参数的控制器很难在保证闭环稳定性的同时获得较好的加速度跟踪性能。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种汽车纵向加速度跟踪控制方法。该方法根据一定的切换规则在线地从控制器集合中选择合适的控制器，通过对节气门开度的控制实现汽车纵向加速度的跟踪控制，使得汽车纵向动力学特性在很大范围内发生变化时，能够同时保证闭环系统稳定性和较好的跟踪性能。
本发明的特征在于，它是利用由汽车的逆向和正向动力学模型组成的被控对象的乘性不确定模型集合中的元素设计的估计器，对每个模型与实际对象之间的模型误差对当前输入信号的系统增益进行估计，并以估计得到的该系统增益作为切换指标函数，在线地从根据所述乘性不确定模型集合中的元素而设计的控制器集合中选择相应的控制器，对发动机节气门开度进行控制，实现汽车纵向加速度的跟踪控制；该方法含有在整车控制器中依次执行的以下步骤1)初始化车辆参数和汽车行驶环境的参数；δ指数衰减系数，其范围为0.1～1；u加速度控制量，其初始值为0；与被控对象乘性不确定模型集合中的元素对应的控制器状态矩阵ACi，BCi，CCi，DCi；与被控对象乘性不确定模型集合中的元素对应的估计器状态矩阵AE1，BE1，AE2，BE2，CE1i，DE1i，CE2i，DE2i；xE1和xE2为与被控对象乘性不确定模型集合中元素对应的估计器状态，其初始值为0；xC为与被控对象乘性不确定模型集合中的元素对应的控制器状态，其初始值为0；2)采集汽车加速度a，期望汽车加速度ades；3)根据被控对象的乘性不确定模型集合设计的估计器的系数矩阵计算估计误差ei和不确定部分输入zi；x·E1=AE1xE1+BE1u,x·E2=AE2xE2+BE2u,]]>ei＝CE1ixE1+DE1iu-a，zi＝CE2ixE2+DE2iu，i＝1…N，其中N为被控对象乘性不确定模型集合中元素的个数；4)采用下式计算乘性不确定模型集合中的N个模型的切换指标Ji(t)=||ei||2δ||zi||2δ,i=1···N]]>5)上述N个切换指标与控制器集合C={Ki:x·C=ACixC+BCi(ades-a)u=CCixC+DCi(ades-a),i=1···N}]]>中的N个元素按照i的顺序一一对应，选择上述N个切换指标中最小的切换指标Jk(t)对应的控制器计算控制量uC={Kσ:x·C=ACkxC+BCk(ades-a)u=CCkxC+DCk(ades-a)}]]>6)按照逆汽车纵向动力学模型计算节气门开度θTedes=rRdRg0η0(M0u+CDAv2+M0gf0)]]>θ＝MAP-1(Tedes，ωe)其中包含下述车辆参数和汽车行驶环境的参数v为车速，Tedes为期望的发动机扭矩，ωe为发动机转速，θ为节气门开度，r为车轮半径，Rd为主减速器速比，Rg0为变速器速比的公称值，η0为传动系统机械效率的公称值，M0为整车质量的公称值，CD为空气阻力系数，g为重力常数，f0为滚动阻力系数的公称值，A为迎风面积；MAP-1(·)为发动机逆扭矩特性图；7)根据上述计算得到的节气门开度θ对汽车的发动机进行控制，并将控制量u值返回第2)步继续进行计算和控制。
所述被控对象的乘性不确定模型集合为P={Pi(s)=[1+ΔiWi(s)]Gi(s),||Δi||∞δ<γ,i=1,···,N}]]>其中γ是被控对象模型误差的上限，Wi(s)是具有相同特征多项式的模型误差加权函数，Gi(s)是具有相同特征多项式的公称模型，Δi为被控对象的模型不确定部分，N是模型集合中模型的个数。
试验证明在汽车和环境参数具有较大不确定时，本发明中的方法可以对汽车纵向加速度进行有效的控制，具有较好的稳定性和跟踪性能。
图1，汽车纵向加速度跟踪控制方法的整体结构图；图2，被控对象结构图；图3，切换逻辑流程图；图4，汽车纵向加速度跟踪控制方法流程图；图5，国内捷达AT型轿车发动机逆扭矩特性图；图6，被控对象频域响应特性覆盖范围，其中(a)是幅频特性图，(b)是相频特性图；图7，汽车纵向加速度跟踪控制方法仿真结果，其中(a)汽车纵向加速度响应曲线，(b)切换信号响应曲线，(c)汽车速度响应曲线，(d)节气门开度响应曲线；图8，汽车纵向加速度跟踪控制方法实验曲线，其中(a)汽车纵向加速度响应曲线，(b)切换信号响应，(c)汽车速度响应曲线，(d)节气门开度响应。
具体实施例方式如图1所示，是本发明的汽车纵向加速度跟踪控制方法的整体结构。ades为期望的汽车加速度；a为实际的汽车加速度；q＝ades-a为实际汽车加速度跟踪期望加速度的跟踪误差；Ji(t)，i＝1…N为模型集合中各元素与被控对象之间的模型误差对当前信号的系统增益，N是被控对象乘性不确定模型集合中元素的个数；σ为切换信号，编号与σ一致的控制器将被连接到控制回路中；u为根据控制器计算出的控制量。整个控制系统包括被控对象、估计器、切换逻辑和控制器集合四部分。估计器根据控制量u和汽车加速度实时地估计每个控制器对应的切换指标，切换逻辑根据估计器输出的切换指标选择切换指标最小的控制器对应的编号作为输出，根据切换逻辑输出的控制器编号从控制器集合中选择对应的控制器计算控制量u，根据u由汽车逆纵向动力学模型即可得到油门开度，从而对发动机进行控制。
下面将分别介绍各部分的原理和结构。
(A)被控对象及其乘性不确定性模型集合描述由于汽车中的发动机等具有比较严重的非线性特性，参考文献4、文献5和文献6，本发明中也采用一个逆汽车纵向动力学模型来消除非线性特性。得到如图2所示的由逆汽车纵向动力学特性和汽车组成的被控对象。
图2中，v为车速，Tedes为期望的发动机扭矩，ωe为发动机转速，θ为节气门开度。对于给定的加速度u，根据汽车阻力驱动力平衡方程(余志生，汽车理论，北京机械工业出版社，2000年第3版)可以计算得到期望的发动机输出扭矩Tedes=rRdRg0η0(M0u+CDAv2+M0gf0),---(1)]]>其中r为车轮半径，Rd为主减速器速比，Rg0为变速器速比的公称值，η0为传动系统机械效率的公称值，M0为整车质量的公称值，CD为空气阻力系数，g为重力常数，f0为滚动阻力系数的公称值，A为迎风面积。由于实际行驶过程中，档位、传动系统机械效率、整车质量、滚动阻力是随环境变化的，而且很难对这些参数值进行实时的检测，所以在控制过程中，只能根据其公称值利用(1)对期望的发动机扭矩进行计算。根据期望发动机扭矩和发动机转速，利用发动机逆扭矩特性图可以得到发动机的节气门开度θ＝MAP-1(Tedes，ωe)，(2)其中MAP-1(·)为发动机逆扭矩特性图，该图表示了发动机节气门开度同发动机转速、期望发动机扭矩之间的关系，该图可以从发动机供应商获取。(1)和(2)即为汽车逆纵向动力学模型。
实际行驶条件下，由于车辆和环境参数的变化及建模过程中存在的未建模动态特性会使被控对象的动态特性在很大范围内发生变化。仅采用一个模型对被控对象进行描述会造成很大的建模误差，所以本发明中采用多个乘性不确定模型组成模型集合来描述被控对象。乘性不确定模型集合的建立方法有多种，下面介绍文献7(X.Rong Li，etc.面向多模型控制的模型集合设计一般方法，IEEE Transactions on Automatic Control，2005，50(9))和文献8(侯德藻，汽车主动避撞系统研究[博士学位论文]，2004，清华大学汽车工程系)中介绍的方法第一步将车辆和环境参数(如汽车的质量、发动机的时间常数、档位的速比、坡度、风速等)的可能变化范围离散成有限个参数点，设为M个。在每一个参数点利用过程辨识的方法(如方崇智，等，过程辨识，北京清华大学出版社，1988)利用输入输出数据辨识得到被控对象的模型，这样共可得到M个传递函数，Hi(s)，i＝1…M。
第二步M个传递函数在频域上会覆盖一定的区域，根据拟采用的公称模型的个数，设为N，将该区域平均分成N块，表示为Ωi，i＝1…N，选择每块区域中心的传递函数作为公称模型，从而得到N个公称模型Gi(s)，i＝1…N。
第三步针对第二步中得到的每个区域，以Ωj为例，利用下式计算该区域中所有传递函数与该区域对应的公称模型的模型误差ΔHi(s)=Hi(s)-Gj(s)Gj(s),∀Hi(s)∈Ωj,---(3)]]>根据计算得到的模型误差，选取模型误差加权函数Wj(s)在所有频率上满足|Wj(s-0.5δ)|>1γ|ΔHi(s-0.5δ)|,∀Hi(s)∈Ωj,---(4)]]>其中δ为指数衰减系数，是一个常数，其物理意义在后面阐述；γ为常数，反应了乘性不确定性的大小，通常取为1；符号 表示传递函数的幅值。这样便得到描述区域Ωj的乘性不确定性模型Pj(s)=[1+ΔjWj(s)]Gj(s),||Δj||∞δ<γ,---(5)]]>其中Δj为模型不确定部分，其大小由(4)保证；符号 表示系统的L2δ增益，当采用L2δ范数来衡量信号大小时，它反应了系统对输入信号的放大倍数，L2δ范数 定义为||u||2δ=∫0te-δ(t-τ)u2(τ)dτ,---(6)]]>其中u为时域信号，δ意义与(4)式中的一致，从(6)可以看出δ反应了过去时刻的数据按指数衰减的速率。直接用采用(6)式计算L2δ范数比较复杂，根据定义可知信号的L2δ范数是信号u的平方与e-δt的卷积的平方根，则可以采用下式计算信号的L2δ范数
||u||2δ=1s+δu2.---(7)]]>由于对象特性覆盖的区域被划分成N块，针对每块通过上面运算都可得到对应的乘性不确定模型，从而得到描述被控对象特性的乘性不确定性模型集合P={Pi(s)=[1+ΔiWi(s)]Gi(s),||Δi||∞δ<γ,i=1,···,N}.---(8)]]>上面在进行N个公称模型的传递函数和N个模型误差加权函数选择时，要使得N个公称模型Gi(s)具有相同的特征多项式，N个模型误差加权函数Wi(s)具有相同的特征多项式。
(B)估计器估计器的作用是根据被控对象的输入输出信息，对模型集合中各元素与对象的模型不确定部分的大小进行估计。假设被控对象由如下乘性不确定模型描述a＝[1+ΔW(s)]G(s)u。
(9)若G(s)稳定，则可以采用下式对被控对象的输出进行估计a^=G(s)u.---(10)]]>(9)减(10)可以得到被控对象输出估计误差e=a^-a=-ΔW(s)G(s)u.---(11)]]>由(10)可以看出模型不确定部分的输出为估计误差e，输入为z＝W(s)G(s)u。 (12)利用(11)和(12)可以对模型不确定部分对当前输入信号的L2δ增益进行估计。
基于上述考虑，参照文献7(吴麟，自动控制原理(下册)，北京清华大学出版社，1992年第1版)中的可控规范型的转化方法得到(A)部分设计的乘性不确定模型集合中各元素对应的可控规范型形式，并将其作为估计器x·E1=AE1xE1+BE1u,x·E2=AE2xE2+BE2u,]]>ei＝ai-a＝GE1ixE1+DE1iu-a，zi＝CE2ixE2+DE2iu，i＝1…N， (13)其中ai为基于模型Pi(s)设计的对象输出估计器对被控对象输出的估计值，ei为对应输出估计误差，zi为基于模型Pi(s)设计的公称模型与对象之间模型不确定性部分输出的估计值。根据文献7，可知(13)中的状态方程的系数矩阵要满足CE1i(sI-AE1)-1BE1+DE1i＝Gi(s)，CE2i(sI-AE2)-1BE2+DE2i＝Wi(s)Gi(s)，i＝1…N。
(14)由(13)和前面的分析，可以采用下式对模型集合中各元素与对象之间的模型不确定部分的L2δ增益，即为切换指标，进行计算Ji(t)=||ei||2δ||zi||2δ,i=1···N.---(15)]]>Ji(t)反应了模型Pi(s)与被控对象之间模型不确定部分对当前输入信号的L2δ增益。
(C)切换逻辑切换逻辑的作用根据估计器输出的切换指标Ji(t)，i＝1…N从控制器集合中选择控制器对被控对象进行控制，其输出即为选择的控制器的编号。与被控对象之间模型不确定部分最小的模型应该与对象最接近，那么基于该模型设计的控制器应该能够获得较好的控制效果。基于上述考虑，采用图3所示的切换逻辑，图中，Jσ(t)为当前控制器对应的切换指标，若当前控制器对应的切换指标为最小时，继续采用当前控制器控制；若当前控制器对应的切换指标不为最小，则选择最小的切换指标对应的控制器进行控制。k表示时刻t切换指标最小的模型编号。
(D)控制器集合根据估计误差的定义有a＝aσ-eσ。(16)将(16)代入(13)可以得到x·E1=AE1xE1+BE1u,x·E2=AE2xE2+BE2u,]]>a＝CE1σxE1+DE1σu-eσ，zσ＝CE2σxE2+DE2σu。
(17)在(17)描述的系统中，将eσ作为模型不确定部分引起的扰动，zσ作为模型不确定部分的输入，设计的切换规则可以保证下式成立。
||eσ||||zσ||<γ.---(18)]]>设控制器集合为C={Ki:x·C=ACixC+BCi(ades-a)u=CCixC+DCi(ades-a),i=1···N}.---(19)]]>则由当前选择的控制器Kσ与系统(17)组成的闭环系统为x·=Aσx+Bσ(ades+eσ),zσ=C1σx+D1σ(ades+eσ),q=C2σx+D2σ(ades+eσ),---(20)]]>其中x=xE1xE2xC,Aσ=AE1-ΦσBE1DCσCE1σ0ΦσBE1CCσ-ΦσBE2DCσCE1σAE2ΦσBE2CCσ-ΦσBCσCE1σ0ACσ-ΦσBCσDE1σCCσ,Bσ=ΦσBE1DCσBE2DCσBCσ,]]>C1σ＝[-ФσDE2σDCσCE1σCE2σФσDE2σCCσ]，D1σ＝ФσDE2σDCσ，D2σ＝Фσ，C2σ＝-Фσ[CE1σ0 DE1σCCσ]。若控制器集合C中元素满足||Σ(Ai,Bi,C1i,D1i)||∞δ<η<1γ,||Wper(s)Σ(Ai,Bi,C2i,D2i)||∞δ<β,i=1···N,---(21)]]>其中Wper(s)为性能指标加权函数，符号Σ(A，B，C，D)表示由A、B、C、D做系数矩阵的状态空间模型，那么
||Wper(s)q||2δ||ades||2δ<β1-ηγ,---(22)]]>即本发明中的加速度控制系统的加速度跟踪误差q对期望加速度ades引起的扰动具有一定抑制能力，从而保证一定的跟踪性能。此外，若信号ades有界，根据(22)可知加速度跟踪误差q也有界，从而汽车的加速度信号a也有界(冯纯伯，等，鲁棒控制系统设计，南京东南大学，1995年第1版)。
根据切换逻辑输出的切换信号，选择编号与σ一致的控制器集合中元素的系数矩阵对控制量进行计算。
本方法的流程图如图4所示，需要说明的是，本方法中，只用到了根据被控对象的模型集合而设计的控制器集合与估计器，而不需要在每次流程的运行中都建立被控对象模型和设计控制器与估计器，只要根据设计结果将控制器与估计器的系数矩阵进行初始化即可。方法流程如下2)初始化车辆参数和汽车行驶环境的参数；δ指数衰减系数，其范围为0.1～1；u加速度控制量，其初始值为0；与被控对象乘性不确定模型集合中的元素对应的控制器状态矩阵ACi，BCi，CCi，DCi；与被控对象乘性不确定模型集合中的元素对应的估计器状态矩阵AE1，BE1，AE2，BE2，CE1i，DE1i，CE2i，DE2i；xE1和xE2为与被控对象乘性不确定模型集合中元素对应的估计器状态，其初始值为0；xC为与被控对象乘性不确定模型集合中的元素对应的控制器状态，其初始值为0；2)采集汽车加速度a，期望汽车加速度ades；3)根据被控对象的乘性不确定模型集合设计的估计器的系数矩阵计算估计误差ei和不确定部分输入zix·E1=AE1xE1+BE1u,x·E2=AE2xE2+BE2u,]]>ei＝CE1ixE1+DE1iu-a，zi＝CE2ixE2+DE2iu，i＝1…N，其中N为被控对象乘性不确定模型集合中元素的个数；4)采用式Ji(t)=||ei||2δ||zi||2δ,]]>i＝1…N计算乘性不确定模型集合中的N个模型的切换指标实际计算时可采用(15)式所示的方法计算信号的L2δ范数。
5)上述N个切换指标与控制器集合C={Ki:x·C=ACixC+BCi(ades-a)u=CCixC+DCi(ades-a),i=1···N}]]>中的N个元素按照i的顺序一一对应，选择上述N个切换指标中最小的切换指标Jk(t)对应的控制器计算控制量uC={Kσ:x·C=ACkxC+BCk(ades-a)u=CCkxC+DCk(ades-a)}]]>6)按照逆汽车纵向动力学模型计算节气门开度θTedes=rRdRg0η0(M0u+CDAv2+M0gf0)]]>θ＝MAP-1(Tedes，ωe)其中包含下述车辆参数和汽车行驶环境的参数v为车速，Tedes为期望的发动机扭矩，ωe为发动机转速，θ为节气门开度，r为车轮半径，Rd为主减速器速比，Rg0为变速器速比的公称值，η0为传动系统机械效率的公称值，M0为整车质量的公称值，CD为空气阻力系数，g为重力常数，f0为滚动阻力系数的公称值，A为迎风面积；MAP-1(·)为发动机逆扭矩特性图；7)根据计算得到的节气门开度θ对汽车的发动机进行控制，并将控制量u值返回第2)步继续进行计算和控制。
具体实施例针对国内捷达AT型轿车，其相关参数的变化范围及公称值如表1所示。
表1，汽车和环境参数的变化范围及对应的公称值
发动机的逆力矩特性如图5所示。
根据(A)部分的方法得到被控对象的频域特性覆盖范围如图6所示。
将被控对象频域响应特性覆盖范围分为四部分，得到如下的乘性不确定模型集合P={Pi(s)=[1+ΔiW(s)]Gi(s),||Δi||∞δ<1,i=1,···,4},---(23)]]>其中模型误差加权函数W(s)=2.1s+2.478s+5.1,]]>指数衰减系数δ＝0.4，公称模型如表2所示。
表2，公称模型传递函数 根据模型集合，得到估计器的系数矩阵为AE1＝-3.33，AE2=0-171-8.43,BE1=1,BE2=10,]]>CE11＝6.2367，CE12＝3.314，CE13＝2.3013，CE14＝1.703，CE21＝[13.097 -94.997]，CE22＝[6.959 -50.479]，CE23＝[4.833 -35.054]，CE24＝[3.576 -25.94]。
(24)根据模型集合P利用Matlab的LMI工具箱计算得到的控制器集合C的元素为K1(s)=137.14(s+4.9)(s+3.133)s(s+41.85)(s+45.7),K2(s)=233.41(s+4.9)(s+3.133)s(s+80.06)(s+21.42),]]>K3(s)=572.97(s+4.9)(s+3.133)s(s+29.63)(s+99.3),K4(s)=283.35(s+4.9)(s+3.133)s(s+54.15)(s+19.89),---(25)]]>控制器集合设计过程中取性能指标加权函数Wper(s)=0.1s+1.1s,]]>常数η＝β＝0.7。汽车纵向加速度跟踪控制方法的仿真结果如图7所示。从图7(a)可以看出整个过程中，除25s和75s左右由于汽车换档造成的冲击外，实际的汽车加速度可以较好地跟踪期望加速度。其中虚线表示实际的汽车加速度a，实线表示期望的汽车加速度ades。从图7(b)可以看出，随着汽车纵向特性的变化，不同的控制器会被切换到反馈回路中，说明本发明中的切换指标函数可以对控制器的潜在性能进行评价。(c)和(d)分别为汽车速度和节气门开度响应曲线。
汽车纵向加速度跟踪控制方法的实车实验结果图8所示。结果表明随着汽车纵向动力学特性的变化，相应的控制器会被切换到反馈回路中。整个控制过程中，实际加速度可以很好地跟踪期望加速度。
附录1由控制器满足的条件(式21)得到控制系统性能指标(式22)的说明不失一般性，假设当前对象可以用Pj(s)描述，而连接在反馈回路中的控制器为Kk(s)。根据对象模型(5)和估计器方程(13)得到ej＝-ΔjWj(s)Gj(s)u，zj＝Wj(s)Gj(s)u。
(26)由于||Δj||∞δ<γ,]]>可以得到Jj(t)=||ej||2δ/||zj||2δ<γ.---(27)]]>切换逻辑S选择切换指标最小的模型对应的控制器，而根据前面假设，当前控制器为Kk(s)，则有Jk(t)=||ek||2δ/||zk||2δ≤Jk(t)<γ.---(28)]]>根据闭环系统方程(20)，可以得到zk＝Σ(Ak，Bk，C1k，D1k)(ades+ek)。
(29)由(28)和控制器集合满足的条件(21)有||ek||<γ||zk||2δ≤γη||ades+ek||.---(30)]]>由ek＝ades+ek-ades，再利用三角不等式可以得到||ades+ek||<11-γη||ades||2δ.---(31)]]>另一方面，由闭环系统方程(20)可以得到Wper(s)q＝Wper(s)Σ(Ak，Bk，C2k，D2k)(ades+ek)。(32)由控制器集合满足的条件(21)有||Wper(s)q||2δ≤β||ades+ek||2δ.---(33)]]>将(31)代入(33)可以得到不等式||Wper(s)q||2δ||ades||2δ≤β1-γη.---(34)]]>
权利要求
1.汽车纵向加速度跟踪控制方法，其特征在于，它是利用由汽车的逆向和正向动力学模型组成的被控对象的乘性不确定模型集合中的元素设计的估计器，对每个模型与实际对象之间的模型误差对当前输入信号的系统增益进行估计，并以估计得到的该系统增益作为切换指标函数，在线地从根据所述乘性不确定模型集合中的元素而设计的控制器集合中选择相应的控制器，对发动机节气门开度进行控制，实现汽车纵向加速度的跟踪控制；该方法含有在整车控制器中依次执行的以下步骤1)初始化车辆参数和汽车行驶环境的参数；δ指数衰减系数，其范围为0.1～1；u加速度控制量，其初始值为0；与被控对象乘性不确定模型集合中的元素对应的控制器状态矩阵ACi，BCi，CCi，DCi；与被控对象乘性不确定模型集合中的元素对应的估计器状态矩阵AE1，BE1，AE2，BE2，CE1i，DE1i，CE2i，DE2i；xE1和xE2为与被控对象乘性不确定模型集合中元素对应的估计器状态，其初始值为0xC为与被控对象乘性不确定模型集合中的元素对应的控制器状态，其初始值为0；2)采集汽车加速度a，期望汽车加速度ades；3)根据被控对象的乘性不确定模型集合设计的估计器的系数矩阵计算估计误差ei和不确定部分输入zix·E1=AE1xE1+BE1u,]]>x·E2=AE2xE2+BE2u,]]>ei＝CE1ixE1+DE1iu-a，zi＝CE2ixE2+DE2iu，i＝1…N，(1)其中N为被控对象乘性不确定模型集合中元素的个数；4)采用下式计算乘性不确定模型集合中的N个模型的切换指标Ji(t)=||ei||2δ||zi||2δ,i=1···N---(2)]]>5)上述N个切换指标与控制器集合C={Ki:x·C=ACixC+BCi(ades-a)u=CCixC+DCi(ades-a),i=1···N}]]>中的N个元素按照i的顺序一一对应，选择上述N个切换指标中最小的切换指标Jk(t)对应的控制器计算控制量uC={Kσ:x·C=ACkxC+BCk(ades-a)u=CCkxC+DCk(ades-a)}]]>6)按照逆汽车纵向动力学模型计算节气门开度θTedes=rRdRg0η0(M0u+CDAv2+M0gf0)]]>θ＝MAP-1(Tedes，ωe) (3)其中包含下述车辆参数和汽车行驶环境的参数v为车速，Tedes为期望的发动机扭矩，ωe为发动机转速，θ为节气门开度，r为车轮半径，Rd为主减速器速比，Rg0为变速器速比的公称值，η0为传动系统机械效率的公称值，M0为整车质量的公称值，CD为空气阻力系数，g1为重力常数，f0为滚动阻力系数的公称值，A为迎风面积；MAP-1(·)为发动机逆扭矩特性图；7)根据上述计算得到的节气门开度θ对汽车的发动机进行控制，并将控制量u值返回第2)步继续进行计算和控制。
2.如权利要求1所述的汽车纵向加速度跟踪控制方法，其特征在于，所述被控对象的乘性不确定模型集合为P={Pi(s)=[1+ΔiWi(s)]Gi(s),||Δi||∞δ<γ,i=1,···,N}]]>其中γ是被控对象模型误差的上限，Wi(s)是具有相同特征多项式的模型误差加权函数，Gi(s)是具有相同特征多项式的公称模型，Δi为被控对象的模型不确定部分，N是模型集合中模型的个数。
全文摘要
一种汽车纵向加速度跟踪控制方法属于汽车纵向动力学控制技术领域。其特征在于，它是利用由汽车的逆向和正向动力学模型组成的被控对象的乘性不确定模型集合中的元素设计的估计器，对每个模型与实际对象之间的模型误差对当前输入信号的系统增益进行估计，并以估计得到的该系统增益作为切换指标函数，在线地从根据所述乘性不确定模型集合中的元素而设计的控制器集合中选择相应的控制器，对发动机节气门开度进行控制，实现汽车纵向加速度的跟踪控制。在汽车和环境参数具有较大不确定时，本发明中的方法可以对汽车纵向加速度进行有效的控制，具有较好的稳定性和跟踪性能。
文档编号F02D29/02GK1877105SQ20061008949
公开日2006年12月13日 申请日期2006年6月30日 优先权日2006年6月30日
发明者李克强, 高锋, 王建强, 罗禹贡, 连小珉 申请人:清华大学