[发明专利]车辆横摆稳定性预测模型控制方法

说明书

一种车辆横摆稳定性预测模型控制方法，属于车辆控制技术领域。本发明的目的是利用模型预测控制方法设计线性模型预测控制器，并考虑约束条件，可以减少求解时间，并尽可能的跟踪期望值，保持车辆稳定的基于干扰观测器的车辆横摆稳定性预测模型控制方法。本发明的步骤是：设计参考模型；车辆2自由度非线性模型进行线性化处理，取得带有模型误差干扰项的线性模型；依据此模型设计干扰观测器对模型中的误差项；利用模型预测控制算法构造目标函数，并通过求解代价函数对应的最优问题，获得控制输入作用于系统，使车辆系统尽可能跟踪期望值，保证车辆稳定性。本发明能够有效地降低模型复杂度，同时满足控制精度要求并考虑驱动力矩的约束。

技术领域

本发明属于车辆控制技术领域。

背景技术

车辆横摆稳定性控制是汽车电子控制中非常重要的一环，特别是对于电动汽车，由传统的机械连接助力系统，转为线控转向与四轮独立驱动。随着汽车动力性能的提高，道路行驶状况复杂性加剧，汽车的失稳状况成为车辆控制研究人员急需解决的问题。随着车辆底盘技术的发展，基于主动前轮转向和直接横摆力矩集成控制方法成为重点研究内容之一。

针对轮毂电机的车辆横摆稳定性控制，主要有以下问题：

1.轮毂电机的车辆横摆稳定性控制是具有多变量、强非线性和系统约束的问题，基于车辆非线性模型建立的控制器有很大的计算负担，无法满足求解时间要求。

2.基于车辆线性模型设计的模型预测控制器虽然避免了大量的计算，但是却无法满足系统的控制精度需求。

发明内容

本发明的目的是利用模型预测控制方法设计线性模型预测控制器，并考虑约束条件，可以减少求解时间，并尽可能的跟踪期望值，保持车辆稳定的基于干扰观测器的车辆横摆稳定性预测模型控制方法。

本发明的步骤是：

①设计参考模型，根据方向盘转角和当前车辆纵向速度计算出期望横摆角速度和质心侧偏角；

②车辆2自由度非线性模型进行线性化处理，取得带有模型误差干扰项的线性模型；

③依据此模型设计干扰观测器对模型中的误差项；

④利用模型预测控制算法构造目标函数，并通过求解代价函数对应的最优问题，获得控制输入作用于系统，使车辆系统尽可能跟踪期望值，保证车辆稳定性。

本发明所述的参考模型：

采用零化质心侧偏角模型：

其中

γ为横摆角速度，为横摆角速度变化率，δ为前轮转向角，β为车辆质心侧偏角，C_f为前轮侧偏刚度，C_r为后轮侧偏刚度，V为车辆纵向速度，m为车身质量，L_f为车辆质心到前轴距离，L_r为车辆质心到后轴距离，I_z为整车绕质心转动惯量。

本发明所述的线性模型是：

①考虑车辆的侧向和横摆，由牛顿第二运动定律和转矩平衡定律可知，在车辆坐标系下，车辆沿y轴的侧向运动方程和绕z轴的转矩平衡方程为：

其中为车辆质心侧偏角变化率，F_yf和F_yr分别是前后轮的侧向力，F_xfl为车辆左前轮的驱动力、F_xfr为车辆右前轮的驱动力、F_xrl为车辆左后轮的驱动力和F_xrr为车辆右后轮的驱动力，w 为车辆轴长，参考轮胎魔术公式，前后轮的侧向力为：