[发明专利]融合数据分析的车辆非线性动力学控制策略

说明书

本发明提供了一种融合数据分析的车辆非线性动力学控制策略，适用于车辆非线性动力学控制策略的设计。所述方法包括确定非线性动力学研究对象、确定自变量参数与取值范围、生成数据集，运行非线性求解算法，建立解的评价指标、数据分析、最后根据分析结果确定非线性控制策略。数据分析方法可同时考虑涵盖车辆参数（包含轮胎参数）、路面参数以及多种控制参数在内的大量参数变量，由于求解数据由非线性算法在控制策略设计阶段采集，并不需要考虑求解时间的问题，复杂环境下的多参数控制、多种变量的耦合控制都得以在此研究方法下实现。同时，研究得到的控制策略更加适用于不同参数的车辆，应用于车辆控制具有较强的普适性。

技术领域

本发明涉及车辆非线性控制技术领域，具体是一种融合数据分析的车辆非线性动力学控制策略。

背景技术

车辆的非线性控制一直是车辆主动安全领域的一道难题，非线性动力学模型中包含的参数较多，且求解运算速度较慢。国内外对于车辆线性控制策略的研究已经成熟，当车辆的轮胎处于近似线性区域时，应用车辆线性理论模型的控制策略的求解速度快且控制精度高。但当车辆的轮胎处于非线性临界区域时，线性模型与实际的运动状态产生较大的偏差，同时非线性模型的运算延迟较高，实时性差，同时考虑多种控制变量的耦合控制运算速度较慢，这都无法满足对要求更高精度与响应速度的非线性控制策略的研究。应用运算速度更高的控制器，更高精度的传感器，更加先进的预测算法已经可以达到一定的效果，但在实际的处于高度非线性运动状态的车辆系统中，非线性模型数据间的内部关系才是一切非线性控制的源头。

因此采用多元化的非线性求解办法预处理大量的车辆参数(包含轮胎参数)、路面参数与控制数据，从基于复杂的非线性理论模型的数据中运用数据分析的方法分析数据间的内部关系，可以总结得到更有针对性的非线性控制策略，同时考虑到了不同车辆参数(包含轮胎参数)、路面参数作为变量，得到的车辆控制策略具有普适性。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种融合数据分析的车辆非线性动力学控制策略，通过对大数据量的非线性解的分析得到控制量与系统稳定响应的关系，根据变量间的相关性等数据关系确定的控制策略，弥补直接非线性控制的响应慢，实时性差的问题，为非线性控制策略的设计提供了一种新的思路，从动力学模型本身数据出发的研究更能反映系统的控制规律，且在前期求解数据的环节无需考虑求解速度的问题，因此可以采用精度更高的非线性求解算法，得到的数据经分析更能反映内部规律。

本发明提供的融合数据分析的车辆非线性控制策略流程如下：

1)针对具体的控制研究对象对应的非线性动力学模型，以多组不同大小的车辆参数(包含轮胎参数)与控制参数数据作为输入，利用选取的非线性求解方法，得到对应的系统状态参数输出；

2)根据控制目标对系统的输出建立评价指标，评价系统的响应速度，稳定区间，超调大小等；

3)选取部分或全部的车辆参数(包含轮胎参数)、路面参数以及控制参数作为自变量，评价指标作为因变量，利用数据分析方法对数据进行分析，得到分析结果；

4)总结分析结果得到具体的控制策略。

融合数据分析的车辆非线性控制策略的主要数据来源为车辆的非线性动力学模型，根据控制目标的不同(横向、纵向、垂向与耦合控制等)有针对性的研究的不同的车辆非线性动力学模型，包含考虑了非线性元素的二自由度模型，三自由度模型，四自由度模型和七自由度模型，各部分结构局部的动力学模型与各种类型的耦合模型。

作为输入的车辆参数可包含：整车质量、轴距、轮距、质心位置、汽车绕x、y、z轴转动的转动惯量、前轮转角、后轮转角、悬挂质量、非悬挂质量、固有圆频率、悬架弹簧刚度、阻尼比、轮胎侧偏刚度、轮胎模型参数等、路面不平度系数、路面附着系数等。