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基于LADRC的电动汽车ABS控制系统的研究

崔传真;何维;黄红生;谢积锦

【摘要】对电动汽车再生制动过程中的防抱死控制方法进行研究,提出了通过调节

驱动电机的电制动力来防止车轮抱死,即电气ABS.根据轮胎魔术公式和直流电机数

学模型建立了1/4车辆动力学模型;使用二阶线性自抗扰控制器设计以最优滑移率

为控制目标的电气ABS控制系统;采用免疫遗传算法获得线性自抗扰控制器的最佳

参数.仿真结果表明:基于线性自抗扰控制的电气ABS对内部和外部扰动有很强的鲁

棒性,具有良好的制动性能.

【期刊名称】《机电工程技术》

【年(卷),期】2016(045)002

【总页数】4页(P6-9)

【关键词】电动汽车;再生制动;电气ABS;线性自抗扰控制器

【作者】崔传真;何维;黄红生;谢积锦

【作者单位】钦州学院广西高校临海机械装备设计制造及控制重点实验室培育基地,

广西钦州535000;钦州学院广西高校临海机械装备设计制造及控制重点实验室培

育基地,广西钦州535000;钦州学院广西高校临海机械装备设计制造及控制重点实

验室培育基地,广西钦州535000;钦州学院广西高校临海机械装备设计制造及控制

重点实验室培育基地,广西钦州535000

【正文语种】中文

【中图分类】TP273

*广西高校临海机械装备设计制造及控制重点实验室培育基地主任课题基金资助

（编号：GXLH2014YB-03；GXLH2014ZD-02）收稿日期：2015－09－17

提高能量的利用效率可延长电动汽车的续驶里程，具有重要意义。电动汽车的再生

制动可以提高能量的利用率。现阶段的电动汽车防抱死制动系统大多采用模糊控制、

自适应控制控制、滑模控制、逻辑门限控制等设计电动轮的ABS控制器[1]。模糊

控制的控制精度不高，逻辑门限控制的控制过程很不稳定，滑膜控制存在较大抖振。

自抗扰控制（ADRC）能实时估计补偿系统的干扰，不依赖系统的模型，具有良好

的控制品质[2]。

自抗扰控制器在实际使用时参数数目多且整定困难，线性自抗扰控制器是对自抗扰

控制器进行线性化处理，得到优良的控制性能，并且参数较少，计算简单[3]。电

动汽车在低附着系数路面行驶时，电机工作于基速以下，通过调节直流电机的定子

电压来实现防抱死制动，即电气ABS[4]。本文以制动过程中的最佳滑移率为控制

目标，将电机的电流考虑成内部扰动，将负载考虑成外部扰动，利用线性自抗扰控

制技术设计了电气ABS控制器[5]，并对电动汽车在积雪等低附着路面进行仿真研

究。

1.1电机模型

直流电动机的数学模型如式（1）所示。

其中：直流电机的端电压为ud=k2uc，k2为放大倍数；uc为触发器控制电压；

k1为电机的转矩系数；Id为点数电流，A；L为电枢电感，H；Ce为反电势系数，

N·m/A；R为电枢电阻，Ω；J为电机轴上的转动惯量，kg·m2；B为粘滞摩擦因

数，N·m·s/rad；ω为0电机的角速度，rad/s；TL为作用于电机的外部负载，

TL=Tb，N·m。

1.21/4车辆动力学模型[6]

忽略空气阻力、滚动阻力、轮胎侧偏角、制动时载荷转移等影响，则建立的1/4

车辆动力学模型如式（2）

其中：Fxb为地面制动力：

轮胎模型μ(λ)如式（4）所示：

其中：m为单轮车辆质量，kg；V为车辆的纵向速度，ms；r为车轮的转动半径，

m；JW为车轮转动惯量，kg·m2；Tb为电制动力矩，N·m；ωW为车轮角速度，

rad/s。μ(λ)为纵向附着系数，s为滑移率，B为刚度系数，影响s=0处的斜率；C

为形状系数，影响整个曲线的形状；D为峰值系数，影响μ(λ)的峰值；E为曲率系

数，影响曲线的局部曲率变化。

1.3电气ABS的模型

车辆在驱动工况下，车轮滑移率为：：

由上式可得车轮角速度：

其中：p是电机减速器的减速比，由此把对滑移率的控制转化为对电机角速度的控

制。

对于二阶控制系统

其中：ω(t)是外部扰动，是内外扰动之和，u为控制量，b为控制量增益。

ESO、TD和NLSEF是ADRC的三个组成部分，TD处理参考输入，ESO进行估

计，实施NSEF控制的非线性控制器。自抗扰控制算法中需要整定的参数有：

r0,α0,δ0,α1,α2,α3,δ1,δ2,δ3，β01，β02，β03,b0,α