Bên cạnh những lợi ích về môi trường, hệ thống truyền động điện còn có tiềm năng cải thiện hiệu suất phanh bằng cách khai thác khả năng phản hồi nhanh của động cơ điện. Một nhiệm vụ điều khiển đặc biệt khó khăn đối với các hệ thống như vậy là phanh ở giới hạn độ bám của lốp, đòi hỏi phải xử lý tối ưu sự dư thừa tác động của hệ thống phanh hybrid, đồng thời đối phó với sự không chắc chắn cao của hệ thống và động lực thay đổi theo thời gian của tiếp xúc giữa lốp và mặt đường. Khung điều khiển được đề xuất và kiểm chứng thực nghiệm nhằm mục đích tối ưu hóa sự cân bằng giữa việc tối đa hóa khả năng thu hồi năng lượng và tối ưu hóa động lực phanh, dưới dạng theo dõi mô-men xoắn bánh xe trong quá trình phanh bình thường và theo dõi độ trượt bánh xe khi phanh ở giới hạn độ bám của lốp. Các giải pháp thông thường như cấu trúc điều khiển nối tiếp và điều khiển tầng chỉ cung cấp kết quả không tối ưu do không tận dụng hết động lực tác động. Do đó, công trình này đề xuất một chiến lược điều khiển phanh tập trung (tức là 'vòng đơn'), trong đó việc điều chỉnh độ trượt bánh xe, theo dõi mô-men xoắn và pha trộn mô-men xoắn được giải quyết đồng thời thông qua khung điều khiển dự đoán mô hình. Điều khiển dự đoán mô hình có khả năng tính đến ảnh hưởng của các ràng buộc hệ thống bằng cách sử dụng tối ưu hóa trực tuyến, cho phép xử lý tối ưu sự dư thừa tác động của hệ thống phanh hybrid. Tuy nhiên, các phương pháp điều khiển dự đoán mô hình thông thường cho các hệ thống thay đổi tham số tuyến tính không chắc chắn, chẳng hạn như điều khiển trượt bánh xe dưới vận tốc thay đổi theo thời gian, hoặc quá tốn kém về mặt tính toán hoặc không cung cấp đảm bảo ổn định. Xuất phát từ những thiếu sót này, công trình này mở rộng các phương pháp thiết kế điều khiển dự đoán mô hình mạnh mẽ hiện có để cung cấp tính khả thi và đảm bảo ổn định cho các hệ thống thay đổi tham số tuyến tính với mức tăng khiêm tốn về gánh nặng tính toán. Phương pháp đề xuất khai thác thực tế là các hệ thống vật lý được biểu diễn dưới dạng hệ thống thay đổi tham số tuyến tính thường có tốc độ thay đổi giới hạn của tham số lập lịch. Do đó, một công thức điều khiển dự đoán mô hình mạnh mẽ được phát triển để kết hợp các ràng buộc tốc độ tham số đó và các phương pháp thắt chặt ràng buộc nhằm giảm tính bảo thủ của nó. Phương pháp đề xuất cung cấp các đảm bảo ổn định mạnh mẽ cho các hệ thống thay đổi tham số tuyến tính. Cuối cùng, việc ứng dụng nó vào điều khiển phanh hybrid tại giới hạn ma sát lốp-đường kết thúc công trình này.

Abstract:

Besides the environmental benefits, electric powertrains offer the potential to improve braking performance by exploiting the fast response of the electric motor. A particularly challenging control task for such systems is braking at the limit of the tire adhesion, which must optimally handle the actuation redundancy of the hybrid braking system in addition to coping with the high system uncertainties and the time varying dynamics of the tire-road contact. The proposed and experimentally validated control framework seeks to optimize the tradeoff between maximizing energy recuperation and optimizing braking dynamics, in the form of wheel torque tracking during normal braking and wheel slip tracking when braking at the limit of the tire adhesion. Conventional solutions such as daisy chain and cascaded control structures provide only suboptimal results due to under-utilization of the actuation dynamics. Therefore, this work proposes a centralized (i.e., ’single-loop’) brake control strategy, where the wheel-slip regulation, torque tracking and torque blending are jointly addressed via the model predictive control framework. Model predictive control is able to account for the effects of system constraints using online optimization, which enables the actuation redundancy of the hybrid brake system to be optimally handled. However, conventional model predictive control approaches for uncertain linear parameter vary