[发明专利]车辆稳定性控制器性能保守性的设计方法

摘要

本发明涉及一种车辆稳定性控制器性能保守性的设计方法，包括驾驶员模型建模和车辆稳定性控制策略方法，采用模糊控制逻辑作为核心车辆稳定性控制策略，同时提出并设计了一种改进型驾驶员模型，重点结合史密斯预估补偿算法对驾驶员延迟特性进行处理，通过改善驾驶员模型使得车辆稳定性控制系统可以根据驾驶员模型的补偿反馈量进行决策控制，提升控制器性能并降低控制器的保守性。

主权项

1.一种车辆稳定性控制器性能保守性的设计方法，其特征在于：包括驾驶员模型建模和车辆稳定性控制策略方法，其具体步骤为：(1)驾驶员模型建模采用常规预瞄跟踪驾驶员模型，以及Smith预估补偿算法对驾驶员延迟进行处理，由驾驶员路径跟踪曲线图，可得到侧向位移偏差ε为：ε＝y(t+T)‑Ltanψ‑y(t)                        (1)其中，ψ表示车辆的航向角，L表示前视距离，由于|ψ|<<1，因此上述公式可改写为：ε＝y(t+T)‑Lψ‑y(t)                           (2)驾驶员通过获取车辆姿态信息和道路信息进行转向时，可以将驾驶员的这种预瞄决策到转动方向盘的过程用传递函数表示为：式中h表示驾驶员比例控制增益系数，τ_r表示驾驶员微分增益系数，τp为驾驶员纯延时,s为拉氏变换算子。y(t)是t时刻车辆侧向位移，y(t+T)表示预瞄点在目标路径的侧向位置，δ为车辆方向盘转角；根据建立的常规驾驶员预瞄跟踪模型以及车辆动力学相关知识，可得方向盘转角对应于y轴侧向位置的传递函数，其表达为：(4)式中，v_x为车辆的纵向车速，k₂为车辆后轴侧偏刚度，K为横摆角速度增益，I_z为车辆绕z轴的转动惯量，ζ是车辆的相对阻尼比，l、l_r分别为车辆轴距以及质心到后轴的距离，ω_n则为车辆固有的频率，s为拉氏变换算子。所建驾驶员模型方向盘转角与侧向位移偏差的相关公式并结合上式可得，预瞄点处的侧向位置偏移量ε对应于y轴的侧向位置的传递函数而可以表示为:(5)式中τ_p即为所要补偿的迟滞时间，根据上述驾驶员模型及其相关公式并针对驾驶员延迟的情况，设计一种Fuzzy‑PI‑Smith预估补偿控制器，由于Smith补偿算法对于被控对象模型精度要求很高，而驾驶员又是一个复杂非线性系统，因此设计一种Fuzzy‑PI控制器来处理两类误差，其一是由于史密斯补偿器预估时间和实际延迟时间不一致造成的误差，其二是系统建模不精确造成的误差，从而自适应调整过程参数；当系统中没有进行史密斯补偿时，输出与输入之间的传递函数可表示为：从(6)式中可以看出，传递函数分母中含有延迟部分，会使得信号在闭环回路中传递存在一定时间的滞后，Fuzzy‑PI控制器用传递函数G_c(s)代表示，引入传递函数G_p(s)·(1‑e^‑τs)作为Smith预估器的传递函数，G_c(s)与Smith预估器并联组成的补偿控制器传递函数为：可得被补偿过后的闭环传递函数为：从(8)式可以看出，经过补偿后可以将存在延时的部分e^‑τs放在闭环回路之外，也就是对式(3)中的τ_p进行补偿，经过Fuzzy‑PI对系统的自适应调整，使得整个系统稳定性提升；根据侧向位移偏差公式(5)和史密斯补偿控制框图可得模糊控制器的输入，选取实际车辆侧向位移的偏差与史密斯预估补偿值的差值E和其误差变化率EC作为模糊控制器的输入，输出EO为模糊逻辑运算后的控制参数；(2)车辆稳定性控制策略方法针对车辆稳定性控制策略进行设计，采用直接横摆力矩的控制方式，以线性二自由度为车辆参考模型，以横摆角速度ω和质心侧偏角β各自的误差量表示为e(β)，e(ω)，作为车辆稳定性控制器模糊控制算法的输入，输出ΔM为使车辆稳定行驶的附加横摆力矩，模糊控制器采用三角型隶属度函数进行分配；通过对驾驶员延迟环节进行史密斯补偿处理，驾驶员模型以此不断反馈给车辆稳定性控制系统相应的控制量，使整个车辆稳定性控制系统保守性大大降低。