[发明专利]一种基于T-S模糊的车辆横纵向耦合稳定性控制方法

说明书

本发明是一种基于T‑S模糊的车辆横纵向耦合稳定性控制方法。首先建立了包含车辆纵向速度、侧向速度和橫摆角速度的车辆三自由度非线性模型。考虑到纵向车速对橫摆角速度的影响，根据T‑S模糊理论将车辆三自由度非线性模型转换为3个车辆三自由度线性模型的子系统，每个子系统包含4个模糊规则。使用H∞鲁棒理论为每个子系统设计了稳定性控制器，通过线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)求解每个子系统中稳定性控制器的参数，最后基于并行分布式补偿框架综合子系统控制输出作用于整车控制。通过使用T‑S模糊理论和并行分布式补偿框架有效地解决了三自由度的车辆动力学模型的非线性问题，使用H∞控制有效的提高了车辆稳定性控制的鲁棒性，保证车辆在极端工况下的稳定性行驶。

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种基于T-S模糊的车辆横纵向耦合稳定性控制方法。

背景技术

车辆的偏航不稳定性易引发行驶车辆发生侧滑、甩尾、翻车等多种危险工况，是造成严重交通事故的最重要原因之一。因此近年来，关于车辆稳态性能分析和集成控制的研究越来越受到国家的重视。

在众多的研究中，经典的车辆稳定性控制算法为了降低控制器的设计难度，通常基于车辆二自由度线性模型，并且将车辆的纵向车速视为已知参数，使用诸如鲁棒控制、模型预测控制、滑模控制等经典控制算法提高车辆的行驶稳定性。然而，在中、高车速条件下，纵向车速会对车辆稳定性控制产生显著的影响，尤其是在同时进行转向、加速或制动时，纵向速度的变化不应忽略。在考虑车辆的纵向车速后，建立的车辆三自由度模型内会出现包含两个状态变量乘积形式的非线性元素，这无疑增加了控制器设计的难度。

发明内容

本发明提供了一种基于T-S模糊的车辆横纵向耦合稳定性控制方法，该控制方法通过使用T-S模糊理论和并行分布式补偿框架有效地解决了三自由度的车辆动力学模型的非线性问题，使用H∞控制有效的提高了车辆稳定性控制的鲁棒性，保证车辆在极端工况下的稳定性行驶，解决了现有车辆稳定性控制算法存在的上述问题。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种基于T-S模糊的车辆横纵向耦合稳定性控制方法，包括以下步骤：

步骤一、根据车辆动力学，搭建包含车辆纵向车速、侧向车速和橫摆角速度的车辆三自由度非线性模型；

步骤二、根据T-S模糊理论将车辆三自由度非线性模型转换为3个车辆三自由度线性模型的子系统，每个子系统包含4个模糊规则；

步骤三、根据驾驶员的车辆控制期望值，在3个车辆三自由度线性模型的子系统中分别设计了H∞鲁棒控制器用于车辆稳定性控制；利用线性矩阵不等式求解各个子系统中H∞鲁棒控制器的参数；

步骤四、并行分布式补偿架构根据分段式T-S模糊输出的子系统控制器权值整合3个子系统H∞鲁棒控制器的输出，作用于车辆三自由度非线性模型。

所述步骤一的具体方法如下：

11)在国际标准化组织ISO坐标系下，车辆关于力和力矩的动力学方程为：

式中，m表示整车质量；表示车辆纵向加速度；v_y表示车辆侧向速度；ω表示车辆横摆角速度；F₁表示轮胎作用在车辆前轴的侧向力；δ表示前轮转角，由驾驶员输入；F_ux表示控制器施加在车辆质心处的纵向力；表示车辆侧向加速度；v_x表示车辆纵向速度；F₂表示轮胎作用在车辆后轴的侧向力；F_uy表示控制器施加在车辆质心处的侧向力；I_z表示车辆转动惯量；表示车辆横摆加速度；a表示车辆质心到前轴的纵向距离；b表示车辆质心到后轴的纵向距离；T_uz表示控制器施加在车辆质心处的横摆力矩；