一種車輛穩(wěn)定性集成控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種車輛主動(dòng)安全控制方法，尤其涉及一種基于李雅普諾夫第二方法 的車輛穩(wěn)定性集成控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前車輛的穩(wěn)定性控制系統(tǒng)主要有制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS)、牽引力控制系統(tǒng) (ASR)、主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（AFS)、車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（ESP)等，這些控制系統(tǒng)從不同的角度輔 助了駕駛員對(duì)車輛在不同路面上的操縱。然而由于車輛是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，各種控 制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單疊加不但不能夠提高車輛的穩(wěn)定性，反而會(huì)造成不同程度上的耦合和干涉， 因此集成控制系統(tǒng)的出現(xiàn)大大的簡(jiǎn)化了控制程序，提高了車輛的穩(wěn)定性和操縱性。
[0003] 主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（AFS)通過(guò)接收方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)、車速信號(hào)以及橫擺角速度信 號(hào)，在不影響車輛的縱向動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)駕駛員的轉(zhuǎn)向信號(hào)提供校正。然而當(dāng)車輛處在 高速緊急轉(zhuǎn)向等極限工況時(shí)，可能造成轉(zhuǎn)向飽和的情況，即不能通過(guò)AFS控制系統(tǒng)使車輛 恢復(fù)穩(wěn)定。而車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（ESP)的差動(dòng)制動(dòng)控制能夠彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)不同 的車輪施加制動(dòng)力而產(chǎn)生使車輛穩(wěn)定的附加橫擺力矩。因此本發(fā)明集成了主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向和 差動(dòng)制動(dòng)控制方式，最大優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮兩種控制的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于提高車輛的穩(wěn)定性、操縱性和乘 坐舒適性具有重要的意義。
[0004] 車輛穩(wěn)定性控制的控制理念是通過(guò)施加外界的控制干預(yù)，使車輛當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài) 逼近參考的運(yùn)行狀態(tài)。目前對(duì)于車輛參考狀態(tài)的計(jì)算通常是利用理想二自由度車輛模型， 根據(jù)駕駛員的方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)和車速信號(hào)，線性的計(jì)算出車輛的理想狀態(tài)，這是考慮駕駛 員正常駕駛的情況下，而當(dāng)駕駛員失去控制時(shí)，這種計(jì)算方法就會(huì)失去其有效性和準(zhǔn)確性， 因此具有一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種新型的車輛穩(wěn)定性集成控制方法，通過(guò)調(diào)節(jié)前輪轉(zhuǎn)角和 相應(yīng)輪胎的制動(dòng)力，保證車輛的穩(wěn)定性和乘坐舒適性。
[0006] 本發(fā)明所提出的車輛穩(wěn)定性集成控制方法是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種車輛穩(wěn)定性集成控制方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一、實(shí)時(shí)采集車載傳感器反饋回來(lái)的車輛狀態(tài)信息，經(jīng)計(jì)算或估計(jì)處理更新 車輛的方向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角、縱向車速以及制動(dòng)管壓力狀態(tài)值；
[0009] 步驟二、根據(jù)步驟一實(shí)時(shí)處理得到的方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)、橫擺角速度信號(hào)、質(zhì)心側(cè)偏 角信號(hào)和縱向車速信號(hào)，利用李雅普諾夫第二穩(wěn)定性判定方法，決策出保持車輛穩(wěn)定運(yùn)行 的參考狀態(tài)值；
[0010] 步驟三、將步驟一中實(shí)時(shí)得到的車輛實(shí)際狀態(tài)信息和步驟二中得到的車輛參考狀 態(tài)值做比較，對(duì)當(dāng)前車輛的穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)做出評(píng)估：當(dāng)參考值和實(shí)際值的偏差在一定閾值范 圍內(nèi)時(shí)，判定此時(shí)車輛處于穩(wěn)定狀態(tài)；如果參考值和實(shí)際值的偏差超出設(shè)定的閾值范圍，則 判定此時(shí)車輛存在穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)；將穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)特性分為不足轉(zhuǎn)向情況和過(guò)度轉(zhuǎn)向情況； [0011] 步驟四、當(dāng)車輛處于失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，選用模型預(yù)測(cè)控制算法在綜合考慮各種安全穩(wěn) 定性約束的前提下，集成主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向和差動(dòng)制動(dòng)控制，規(guī)劃決策出使車輛恢復(fù)穩(wěn)定性的 前輪轉(zhuǎn)向角和附加橫擺力矩；
[0012] 步驟五、將步驟四中得到的附加橫擺力矩轉(zhuǎn)換成相應(yīng)輪胎的期望制動(dòng)力，同時(shí)與 制動(dòng)管實(shí)際壓力作對(duì)比，從而決策出制動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的增壓、保壓或減壓狀態(tài)，并轉(zhuǎn)換成與之 對(duì)應(yīng)的電磁閥動(dòng)作指令；
[0013] 步驟六、制動(dòng)執(zhí)行器和轉(zhuǎn)向執(zhí)行器執(zhí)行步驟五中的電磁閥動(dòng)作指令和步驟四中的 前輪轉(zhuǎn)角指令，從而使車輛恢復(fù)穩(wěn)定性。
[0014] 本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下積極效果：
[0015] 1、本發(fā)明基于車輛穩(wěn)定性控制的基本原理，利用李雅普諾夫第二穩(wěn)定性判定方 法，根據(jù)當(dāng)前車輛的狀態(tài)信息規(guī)劃出車輛的穩(wěn)定參考值，不管駕駛員在任何情況下，都具有 有效性和實(shí)用性。
[0016] 2、在考慮車輛側(cè)向運(yùn)動(dòng)和橫擺運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上，提出一種新型的車輛穩(wěn)定性控制方 法，綜合了主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向控制和差動(dòng)制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，采用集成化控制方式設(shè)計(jì)。主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向 修正了方向盤轉(zhuǎn)角和主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系而不影響車輛的縱向動(dòng)力學(xué)，差動(dòng)制動(dòng)控制通過(guò) 對(duì)不同的車輪施加制動(dòng)力產(chǎn)生附加橫擺力矩，從而使車輛恢復(fù)穩(wěn)定性。兩種方法的集成避 免了兩種控制之間的耦合和干涉，同時(shí)從根本上結(jié)合了車輛穩(wěn)定性的控制理念，既能快速 的恢復(fù)車輛的穩(wěn)定性，又能提高車輛的乘坐舒適性。
[0017] 3、利用模型預(yù)測(cè)控制算法，根據(jù)當(dāng)前車輛的運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)車輛未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的 狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，魯棒性強(qiáng)，同時(shí)能夠處理帶有約束的多變量?jī)?yōu)化問(wèn)題，為開(kāi)發(fā)車輛穩(wěn)定性 控制系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0018] 4、在優(yōu)化控制中，主動(dòng)轉(zhuǎn)向的優(yōu)先權(quán)高于制動(dòng)控制，這樣避免了車輛不必要的減 速，提高了車輛的乘坐舒適性和穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明所提出的車輛穩(wěn)定性集成控制方法流程圖；
[0020] 圖2為自行車模型示意圖；
[0021] 圖3為雙移線仿真實(shí)驗(yàn)的前輪轉(zhuǎn)角對(duì)比圖；
[0022] 圖4為雙移線仿真實(shí)驗(yàn)的質(zhì)心側(cè)偏角相圖對(duì)比圖；
[0023] 圖5為雙移線仿真實(shí)驗(yàn)的附加橫擺力矩圖；
[0024] 圖6為雙移線仿真實(shí)驗(yàn)的橫擺角速度對(duì)比圖；
[0025] 圖7為正弦延遲仿真實(shí)驗(yàn)的前輪轉(zhuǎn)角對(duì)比圖；
[0026] 圖8為正弦延遲仿真實(shí)驗(yàn)的質(zhì)心側(cè)偏角相圖對(duì)比圖；
[0027] 圖9為正弦延遲仿真實(shí)驗(yàn)的附加橫擺力矩圖；
[0028] 圖10為正弦延遲仿真實(shí)驗(yàn)的橫擺角速度對(duì)比圖；
[0029] 圖11為本發(fā)明所提出的車輛穩(wěn)定性集成控制方法的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖，對(duì)發(fā)明所提出的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步闡述和說(shuō)明。
[0031] 本發(fā)明提供一種車輛穩(wěn)定性集成控制方法，如圖1所示，該方法包括以下步驟：
[0032] 1.實(shí)時(shí)采集和處理車輛當(dāng)前狀態(tài)信息：
[0033] 首先，實(shí)時(shí)采集車載傳感器反饋回來(lái)的車輛狀態(tài)信息，其中包括轉(zhuǎn)向傳感器采集 來(lái)的方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)，偏轉(zhuǎn)率傳感器（陀螺儀）采集的車輛質(zhì)心處的橫擺角速度信號(hào)，加速 度傳感器測(cè)量的縱向和側(cè)向的加速度信號(hào)，壓力傳感器檢測(cè)得到車輪處制動(dòng)管的實(shí)際壓力 信號(hào)，輪速傳感器測(cè)量得到的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。將這些信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波或估計(jì)處理，從而實(shí)時(shí) 更新車輛當(dāng)前的方向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角、縱向車速以及輪缸制動(dòng)壓力等狀態(tài) 信息。
[0034] 2.根據(jù)步驟1實(shí)時(shí)處理得到的方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)、橫擺角速度信號(hào)、質(zhì)心側(cè)偏角信 號(hào)和縱向車速信號(hào)，利用李雅普諾夫第二穩(wěn)定性判定方法計(jì)算保持車輛穩(wěn)定運(yùn)行的參考狀 態(tài)值：
[0035] 車輛的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角是辨識(shí)車輛穩(wěn)定性的重要參數(shù)，橫擺角速度是汽 車?yán)@垂直軸的偏轉(zhuǎn)角速度，質(zhì)心側(cè)偏角是汽車的側(cè)向車速與縱向車速之間的夾角。而質(zhì)心 側(cè)偏角是直接反應(yīng)車輛是否產(chǎn)生側(cè)滑的一個(gè)參數(shù)，隨著質(zhì)心側(cè)偏角的增加，輪胎的側(cè)向力 逐漸增加，最終達(dá)到一個(gè)峰值，此時(shí)，駕駛員很難通過(guò)操縱方向盤產(chǎn)生使車輛穩(wěn)定的橫擺力 矩。因此車輛穩(wěn)定性控制的根本問(wèn)題在于保持