[发明专利]一种基于路面附着系数估算的车身稳定控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及汽车稳定性控制技术领域，尤其涉及一种基于路面附着系数估算的车身稳定控制方法及系统。

背景技术

汽车电子稳定系统(Electronic Stability Program，ESP)是继车辆防抱死系统(ABS)和牵引力控制系统(TCS)之后车辆主动安全控制技术方面的一次里程碑式的跨越提升。其控制系统主要通过调节轮胎与路面之间的作用力，而路面与轮胎之间力的传递受路面附着系数的制约，因此汽车主动安全控制策略的优劣很大程度上取决于能否充分利用当前路面附着系数。当车辆在高附着路面行驶时，质心侧偏角较小，可以用横摆角速度表征汽车的状态。但当车辆在低附着路面行驶时，汽车容易发生侧滑，此时汽车质心侧偏角迅速增大，轮胎侧向力逐渐增大并达到饱和，使横摆力矩与侧向力趋于恒定值，此时驾驶员通过改变方向盘转角，几乎很难改变横摆力矩，汽车丧失转向稳定性，此时要想控制汽车的稳定性将变得很困难，因此，在低附着系数路面上更应该严格限制质心侧偏角，才能保证汽车的稳定性。而当汽车在中等附着路面行驶时，车辆的稳定性有时受限于过大的横摆角速度，有时又取决于过大的质心侧偏角。所以，建立一种路面附着系数估计方法和适用于不同路面附着工况的稳定性控制方法具有重要意义。

《基于高阶滑模的电动汽车稳定性直接横摆力矩控制方法》(国家专利，申请号：CN201510922607.X)根据鲁棒滑模观测器获得质心侧偏角估计值，然后以横摆角速度与理想横摆角速度的偏差、实际车辆的质心侧偏角两个参数作为输入变量，采用高阶滑模控制策略，获得满足汽车稳定性的直接横摆力矩。此发明实现了汽车稳定性直接横摆力矩控制系统的有限时间收敛，提高了汽车高速和恶劣道路等极限条件下的行驶稳定性，但其未能充分考虑路面对汽车稳定性的影响。《一种基于电机与车轮耦合特性的路面附着系数估计方法》(国家专利，申请号：CN201510129140.3)建立轮胎纵向刚度与电动轮共振频率之间的关系，在利用电机转矩获取的共振频率基础上求解出轮胎纵向刚度，然后再利用轮胎纵向刚度与路面附着系数的关系，实现了路面附着系数估计。此方法根据力学关系估计出路面附着系数，误差较大。

综上所述，需要建立一种更为精确的路面附着系数估计方法，然后可以对不同附着系数路面工况进行联合协调控制，实时地调节控制参数，实现两控制变量控制参数的最佳匹配，从而适应不同路面行驶工况下车辆稳定性控制的要求。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于路面附着系数估算的车身稳定控制方法及系统。

本发明提出的基于路面附着系数估算的车身稳定控制方法，包括以下步骤：

S1、建立纵滑侧偏组合刷子轮胎模型；

S2、获取车辆当前行驶状态参数，并根据纵滑侧偏组合刷子轮胎模型以及车辆当前行驶状态参数计算出车辆当前行驶路面附着系数；

S3、建立横摆角速度滑模控制器以及质心侧偏角滑模控制器；

S4、获取车辆实际运动状态以及驾驶员动作指令，且对车辆实际运动状态与驾驶员期望状态进行对比，并根据比较结果以及车辆当前行驶路面附着系数且结合横摆角速度滑模控制器以及质心侧偏角滑模控制器为车辆选取车身稳定控制策略。

优选地，步骤S1具体包括：

纵滑侧偏组合刷子轮胎模型为：

其中，

优选地，利用卡尔曼滤波方式对F_x和F_y进行估算；

其中，C_x为轮胎纵滑刚度，C_α为轮胎侧偏刚度，α为轮胎侧偏角，μ为路面附着系数，λ为车轮实际纵向滑转率，r为车轮滚动半径，v_ω为轮心处的纵向速度，F_x为轮胎纵向力，F_y为轮胎侧向力，F_z为轮胎垂向力；

纵滑侧偏组合刷子轮胎模型的非线性格式如下：

y(k)＝f(k,μ(k))+v₁；

优选地，采用卡尔曼滤波方式计算轮胎力数值y＝[F_x,F_y]^T；

其中，f(k,μ(k))为纵滑侧偏组合刷子轮胎模型的表达式，μ(k)为轮胎模型参数，v₁为测量噪声；

将y(k)线性化，纵滑侧偏组合刷子轮胎模型的线性格式如下：

其中，

其中，为μ的观测值；

定义变量g(k)为：