[发明专利]一种应用于汽车AFS和ESP集成系统的解耦控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车主动前轮转向（AFS）和汽车电子稳定程序（ESP）集成系统的解耦控制方法，用于消除集成系统的控制回路耦合影响，属于汽车底盘控制领域。

背景技术

近年来，随着汽车行驶安全性要求的不断提高，如何在危险工况下弥补驾驶员决策和操纵能力的不足，对汽车实施主动控制或干预成为汽车底盘控制领域内的研究热点。汽车主动前轮转向（AFS）是一种能将驾驶员的转向输入角和实际的车辆转角分离开来，在驾驶员转向角输入的基础上叠加一个附加转向角，用于优化汽车对驾驶员输入的响应或在紧急情况下提高汽车的操纵稳定性。但由于充气轮胎侧向力固有的非线性特性，AFS的性能被限制于汽车中低侧向加速度的线性操纵区域内。汽车电子稳定程序（ESP）通过采集方向盘转角信息来判断驾驶员的转向意图，通过调节制动力在各车轮上的合理分配来控制汽车的横摆运动，在汽车的线性和非线性操纵区域内都能有效改善汽车的操纵稳定性。但ESP的持续工作会影响汽车的纵向动力学特性，使汽车的纵向车速降低很多，不利于驾驶舒适性的改善。

目前，当汽车轮胎侧向力处于线性范围、侧偏角和制动力较小时，利用AFS改变前轮转角以影响轮胎的侧向力，进而改善汽车的侧向稳定性和操纵性能。而当汽车处于极限运动条件下，如高速大转弯、紧急制动或加速、变路径操作等，轮胎的侧向力达到饱和状态，这种情况下单靠前轮转角难以调整汽车的运动状态，此时利用ESP通过汽车制动防抱死系统（ABS）来产生需要的横摆力矩，从而改善汽车的稳定性。因此，对AFS和ESP实施集成控制以充分利用二者的功能优势成为汽车主动安全控制主要关键技术之一。

由于汽车现有的AFS和ESP电控系统主要是以实现汽车的某种局部功能为目标，很少考虑二者之间或与其它系统之间的相互影响，因而当AFS和ESP同时装备在汽车上时，就会不可避免的产生耦合和干涉，影响汽车的整体性能。因此，对于汽车AFS和ESP集成系统，需采用一些新的控制技术和控制方法来解决AFS和ESP这两个控制回路间的耦合影响问题。

发明内容

本发明的目的解决汽车AFS和ESP之间的相互影响问题，提出一种能够有效消除AFS和ESP集成系统中两控制回路间的耦合关联作用的解耦方法，使集成系统的一个输出仅由一个控制输入完全控制，并且使系统具有动态响应快、稳态误差小和鲁棒性高等优点。

一种应用于汽车AFS和ESP集成系统的解耦控制方法，采用如下的技术方案：将包含主动转向系统1和制动系统2的整车系统3、ESP执行机构控制模块4作为一个整体组成被控原系统5；根据被控原系统5的动力学特性，利用静态神经网络6加积分器7构造逆向系统8来逼近被控原系统5的逆向动力学特性；将逆向系统8串联在被控原系统5之前一起组成复合被控系统13，复合被控系统13被线性化解耦为两个控制通道互不关联的单输入单输出子系统；根据信号检测模块16的两路输出信号值与其期望值的偏差，采用一种线性系统的综合方法对复合被控系统13的两个单输入单输出系统分别设计了AFS控制器9和ESP控制器10构成闭环控制器11；最后将闭环控制器11串联在逆向系统8前并一起形成AFS和ESP集成系统的解耦控制器12来实现对汽车横摆角速度和质心侧偏角的解耦控制。

本发明的有益效果在于：

1. 通过设计逆向系统与包含AFS和EPS的被控原系统串联，使得到的复合被控系统的输入和输出间具有一一对应的关系，并且两个控制通道彼此解耦；

2. 采用AFS控制器和ESP控制器组成闭环控制器，并将闭环控制器与逆向系统串联构成解耦控制器，不仅可以提高AFS和ESP集成系统的鲁棒性，并且可以提高集成系统的静态和动态性能；

3. 提出的逆向系统加闭环控制器的解耦控制方法不仅在汽车AFS和ESP集成系统中得到很好的应用，并且在汽车底盘其它电控系统或集成系统中也有较高的应用价值。

附图说明

图1是本发明的包含主动转向系统、制动系统和EPS执行机构控制模块的被控原系统结构图。

图2是本发明的静态神经网络加积分器的逆向系统结构图。

图3是本发明的静态神经网络结构示意图。

图4是本发明的施加于被控原系统以获得静态神经网络训练样本的激励信号（（a）是变幅值正弦信号的附加转向角，（b）是附加横摆力矩的阶跃信号）。

图5是本发明的逆向系统与被控原系统组成的复合被控系统的示意图及解耦后的等效结构图。

图6是本发明的由闭环控制器、信号检测模块和复合被控系统组成的闭环控制系统结构示意图。