[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

摘要

本发明提出了一种考虑轮胎侧偏刚度变化的车辆侧向稳定控制方法，其主要步骤如下：根据车载传感器检测系统及二自由度车辆模型，计算当前驾驶员期望横摆角速度及质心侧偏角；车辆在运行过程中，轮胎侧偏刚度不断变化而具有不确定性，本发明利用轮胎载荷转移量及当前侧偏角大小，拟合轮胎侧偏刚度具体数值，并将其变化参数加入车辆控制模型中；引入轮胎侧偏角约束条件，采用模型预测控制算法，最终描述为优化约束问题，并求解出当前最优控制序列；最终通过执行器进行控制量输出，实现在考虑轮胎侧偏刚度变化情况下避免轮胎侧向力饱和现象的控制目标。

主权项

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等有效信息；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。