电动汽车纵向速度MPC控制器。 采用上层控制器和下层控制器。 目标为控制车辆的纵向速度，使其跟踪上期望纵向速度曲线。 ●上层控制器：控制方式为MPC控制器，输入为车辆纵向速度和纵向加速度，输出为期望加速度，并且对加速度增加进行约束。 ●下层控制器：车辆的制动根据逆向纵向动力学模型搭建、车辆的驱动根据电机MAP图搭建。 包含驱动制动切换逻辑、PID控制器等模块。 ●可实现正弦速度曲线的速度加速度的准确跟踪，以及五次多项式速度曲线的速度和加速度跟踪。
在电动汽车的控制系统中，纵向速度的精准控制至关重要。今天咱就来聊聊这个超有趣的电动汽车纵向速度MPC控制器。
整体架构：上下层协作
这套控制系统采用了上层控制器和下层控制器的架构。目标很明确，就是要控制车辆的纵向速度，让它完美跟踪上期望纵向速度曲线。
上层控制器：MPC的舞台
上层控制器采用的是MPC（模型预测控制）控制器。简单说，它把车辆纵向速度和纵向加速度当作输入，然后输出期望加速度。不过呢，为了确保车辆运行的安全性和稳定性，这里对加速度增加进行了约束。
咱来看段简单的代码示例（这里以Python伪代码示意）：
# 定义MPC控制器类 class MPCController: def __init__(self, acceleration_limit): self.acceleration_limit = acceleration_limit def compute_acceleration(self, current_velocity, current_acceleration, desired_velocity): # 这里简单示意，实际MPC计算复杂得多 predicted_acceleration = (desired_velocity - current_velocity) / 1.0 - current_acceleration if predicted_acceleration > self.acceleration_limit: return self.acceleration_limit elif predicted_acceleration < -self.acceleration_limit: return -self.acceleration_limit return predicted_acceleration在这段代码里，MPCController类初始化时设定了加速度限制accelerationlimit。computeacceleration方法接收当前速度、当前加速度和期望速度作为参数，计算预测加速度。如果预测加速度超出限制，就返回限制值，保证了加速度在安全合理范围内。
下层控制器：驱动制动大揭秘
下层控制器可是个多面手。车辆的制动是根据逆向纵向动力学模型搭建的，驱动则是依据电机MAP图搭建。这里面还包含驱动制动切换逻辑、PID控制器等模块。
比如驱动制动切换逻辑代码（还是Python伪代码）：
# 驱动制动切换逻辑函数 def drive_brake_switch(current_velocity, desired_acceleration): if desired_acceleration >= 0: # 驱动逻辑，根据电机MAP图查找对应驱动参数 return "drive", find_drive_params(current_velocity, desired_acceleration) else: # 制动逻辑，根据逆向纵向动力学模型计算制动参数 return "brake", calculate_brake_params(current_velocity, desired_acceleration)这段代码根据期望加速度判断是驱动还是制动状态，然后调用相应的函数获取参数。
PID控制器也是下层控制器的关键部分，它能让实际输出更接近目标值。代码示例：
# PID控制器类 class PIDController: def __init__(self, kp, ki, kd): self.kp = kp self.ki = ki self.kd = kd self.integral = 0 self.prev_error = 0 def compute_control_signal(self, setpoint, process_variable): error = setpoint - process_variable self.integral += error derivative = error - self.prev_error control_signal = self.kp * error + self.ki * self.integral + self.kd * derivative self.prev_error = error return control_signal在这段代码里，PIDController类初始化时设定了比例（kp）、积分（ki）、微分（kd）系数。computecontrolsignal方法根据设定值和当前过程变量计算误差，进而计算出控制信号。
强大的跟踪能力
这套系统厉害之处在于，它既能实现正弦速度曲线的速度加速度的准确跟踪，也能搞定五次多项式速度曲线的速度和加速度跟踪。不管是哪种复杂的期望速度曲线，电动汽车纵向速度MPC控制器都能带领车辆精准跟上节奏。
通过上下层控制器的紧密配合，电动汽车纵向速度MPC控制器为车辆的安全、稳定、高效运行提供了坚实保障，在电动汽车控制领域发挥着举足轻重的作用。
