[发明专利]一种考虑轮胎侧偏刚度变化的车辆侧向稳定控制方法

权利要求书

1.一种考虑轮胎侧偏刚度变化的车辆侧向稳定控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤一：利用车载检测系统实时反馈目前车辆状态及当前路况有效信息；

步骤二：根据当前纵向速度、方向盘转角输入及路面条件，利用车辆二自由度模型计算出目前期望状态量，其中包括横摆角度速度期望值γ_d，质心侧偏角期望值β_d；

步骤三：通过当前侧偏角大小及载荷转移量，利用最小二乘法拟合当前轮胎侧偏刚度，以最小误差逼近真实值，使其能跟随实际侧向力；

由于侧偏角的大小会影响载荷传递对侧偏刚度的作用效果，最小二乘法根据侧偏角大小采用分段拟合方式，取二次多项式：

其中i＝fl，fr，rl，rr分别表示左前轮、右前轮、左后轮以及右后轮侧偏刚度；ΔF_zj，j＝1，2，3，4分别表示左前轮、右前轮、左后轮以及右后轮载荷转移量；λ_ρω，ω＝1，2，…，5为经过计算所得到的分段拟合系数；

步骤四：控制器设计采用模型预测控制算法，将步骤三得到的当前实际轮胎侧偏刚度，加入预测模型中，在控制量、控制增量、输出及侧偏角约束范围内，求解最优控制序列；

具体包括以下步骤：

(1)选取状态量为x＝[β γ]^T，控制输入为u＝|δ_f+Δδ M_z|^T，将步骤三得到的拟合轮胎侧偏刚度具体数值引入控制模型中，将状态空间模型离散化并改写成增量式，经过推导可得预测输出方程：

Y_p(k+1|k)＝S_xΔx(k)+S_yy_c(k)+S_uΔU(k)

Y_p(k+1|k)为输出序列；Δx(k)为状态变化量；y_c(k)为当前输出序列；ΔU(k)为控制序列；S_x，S_y，S_u分别为推导所得矩阵；

(2)针对跟踪驾驶员期望运动状态定义如下目标函数：

r(k+i)为参考序列；Δu(k+i-1)为控制序列；θ_y为误差加权因子；θ_u为控制增量加权因子；

(3)为满足控制要求及精度，定义控制量、控制增量、输出及侧偏角约束；

控制量约束：u_min(k+j)≤u(k+j)≤u_max(k+j)，j＝0，1…m-1

控制增量约束：Δu_min(k+j)≤Δu(k+j)≤Δu_max(k+j)，j＝0，1…m-1

输出量约束：y_min(k+j)≤y(k+j)≤y_max(k+j)，j＝1，2，…，p

轮胎侧滑角约束：

其中：

u_min(k+j)为控制量最小值；u_max(k+j)为控制量最大值；Δu_min(k+j)为控制增量最小值；Δu_max(k+j)为控制增量最大值；y_min(k+j)为输出量最小值；y_max(k+j)为输出量最大值；α_min为前/后轴侧偏角最小值；α_max为前/后轴侧偏角最大值；

利用二次规划算法在满足上述约束条件下求解最优控制序列，并将其第一部分作用到被控车辆上，以满足控制要求；

步骤五：由步骤四中所得控制量，通过执行器作用到实车系统，从而实现控制输出。

2.根据权利要求1所述的一种考虑轮胎侧偏刚度变化的车辆侧向稳定控制方法，其特征在于：所述步骤二中车辆二自由度模型，具体描述如下：

根据以上公式 求取状态变量期望值，其中m为车体质量；δ_f为车辆的前轮转角；l_f，l_r为汽车质心到前/后轴的距离；I_z为转动惯量；C_f，C_r为前/后轴侧偏刚度，γ为横摆角速度；β为质心侧偏角；M_z为横摆力矩；v_x为纵向速度。