车辆电子稳定性控制系统稳定性控制判据的制定方法技术方案

一种车辆电子稳定性控制系统稳定性控制判据的制定方法，属于车辆系统动力学与控制领域。步骤包括：建立稳定性控制判据所需的理论模型，配置纵向加速度传感器，通过ESC系统传感器进行参数采集，在ESC系统每一个采样周期，如果计算得到的系统关键平衡点具有稳定焦点或者结点特性，则认定车辆在该采样周期动力学系统方程稳定，ESC系统将跟踪现有判据的判定结论；如果计算得到车辆动力学模型(1)的关键平衡点为鞍点特性，则认定该采样周期车辆动力学系统方程不稳定，车辆处于即将发生后轴滑移的危险工况，触发ESC系统对车辆实施稳定性控制。优点在于，克服ESC系统现有判据判定上述特定工况存在的局限性，为稳定性控制争取时间，进一步改善车辆的主动安全性。

【技术实现步骤摘要】
车辆电子稳定性控制系统稳定性控制判据的制定方法
本专利技术属于车辆系统动力学与控制领域，特别涉及一种车辆电子稳定性控制系统稳定性控制判据的制定方法，适用于作为车辆电子稳定性控制系统(ElectronicStabilityControlSystem：ESC)的稳定性控制判据，帮助ESC系统预测车辆行驶过程中可能出现的后轴滑移等危险工况，从而提早进行控制干预，进一步提高稳定性控制效果，改善车辆的主动安全性。
技术介绍
车辆电子稳定性控制系统集成了制动防抱死系统(Anti-lockBrakeSystem：ABS)以及牵引力控制系统(TractionControlSystem：TCS)，可以有效帮助驾驶员降低由于车轮滑移而导致车辆失控的风险。近二十年来，主要采用差动制动方式进行直接横摆力矩控制的ESC产品在汽车制造业中得到了越来越广泛的应用：如德国BOSCH的ESP(ElectronicStabilityProgram)系统、德国ContinentalTEVES和BMW公司的DSC(DynamicStabilityControl)系统以及日本Toyota的VSC(VehicleStabilityControl)系统等。以上现有ESC产品主要由：参数采集、控制判据、控制策略、控制方法决策、稳定性控制执行机构等几大功能模块构成，以BOSCH的ESP系统为例，其系统架构参见附图1(附图来源参见会议论文Evolutionofelectroniccontrolsystemsforimprovingthevehicledynamicbehavior.Proceedingsofthe6thInternationalSymposiumonAdvancedVehicleControl.Hiroshima，2002：1-9)，图1中框内区域表明该系统所采用的控制判据基于线性参考模型方法。稳定性控制判据是ESC系统用于评价车辆运动状态以及决策是否实施稳定性控制的前提和基础，直接关系到ESC系统的整体控制效果。目前，产品化ESC系统所采用的控制判据分为两种方法：线性参考模型方法(参见专著汽车动力学.第4版.北京：清华大学出版社，2009以及专著VehicleDynamicsandControl.SecondEdition.NewYork：Springer，2012以及国际会议Evolutionofelectroniccontrolsystemsforimprovingthevehicledynamicbehavior.Proceedingsofthe6thInternationalSymposiumonAdvancedVehicleControl.Hiroshima，2002：1-9)和相平面稳定区域方法(参见会议论文Analysisonvehiclestabilityincriticalcorneringusingphase-planemethod.ProceedingsoftheInternationalSymposiumonAdvancedVehicleControl.Tokyo，1994：287-292)。相平面稳定区域方法来源于非线性动力学几何分析方法对以横摆角速度和质心侧偏角β为状态变量的二自由度车辆侧向动力学非线性微分方程组解的稳定性研究，控制判据可以定性判定纵向加速度条件下，车辆在确定状态点是否处于侧向动力学参数依赖系统(ParameterDependentSystem参见期刊论文Onthetheoryofnonlineardynamicsanditsapplicationsinvehiclesystemsdynamics.VehicleSystemDynamics，1999，31(5-6)：393-421)在相应工况下常微分方程组中心平衡点的渐进稳定吸引域之内，国内外研究热点主要集中于对或者相图中稳定区域进行近似，以得到更为高效和精确的控制效果。但是，该判据在制定过程中采用的纯侧偏特性轮胎模型忽略了车辆驱动方式的影响，无法考虑用于克服横摆运动所产生曲线行驶阻力的驱动车轴切向力，以及该切向力对驱动车轴侧偏特性的影响；并且对于条件下车辆行驶状态的稳定性判定也缺乏理论依据。因此，如何使该类型控制判据有效覆盖车辆平面运动的更多工况仍需进一步研究。线性参考模型方法依托于拉格朗日稳定性观点，通过设定横摆角速度的两个约束边界即线性参考模型理论值门限以及路面附着条件决定的最大值门限来评价车辆转向运动的稳定性，并不定性判定实际车辆动力学系统的稳定性。目前，研究集中于对计算所用线性车辆模型和特征车速平方值(稳定因数)进行修正，以增加ESC系统应对车辆参数变化时的鲁棒性以及进一步提高ESC系统对车辆行驶状态的辨识能力；与有关研究则主要集中于通过统计学方法评估ESC系统在各种极端行驶条件下对提高车辆主动安全性的帮助，并且指出后轴滑移是引起装备ESC系统车辆失控的主要原因(参见期刊论文Theeffectsofstuddedtiresonfatalcrasheswithpassengercarsandthebenefitsofelectronicstabilitycontrol(ESC)inSwedishwinterdriving.AccidentAnalysis&Prevention，2012，45(3)：50-60)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种车辆电子稳定性控制系统稳定性控制判据的制定方法，用于定性判定车辆行驶过程中可能出现的后轴滑移等危险工况，克服ESC系统现有判据在判定上述特定工况时所体现的局限性，为稳定性控制的实施争取时间，进一步改善车辆的主动安全性。本专利技术依据车辆动力学系统方程理论稳定性与实际车辆物理观点稳定性之间存在时域差异关系的研究结论，提出一种新的ESC系统补充判据与现有ESC系统稳定性控制判据共同使用，以专门应对车辆在和两大类工况条件下所出现的后轴滑移等危险工况，使ESC系统可以更早对车辆实际稳定性变化趋势做出定性预测，从而提早进行控制干预，增加稳定性控制的有效作用范围。本专利技术所述的理论依据为支配车辆平面运动的动力学系统方程理论稳定性变化超前于车辆实际稳定性变化并存在可以量化的时域差异关系。该方法的实际应用由以下设计步骤构成：步骤1：建立稳定性控制判据所需的理论模型，模型包括三个主要组成部分：(1)在纵向加速度以及两类工况条件下均适用的，以纵向车速、质心侧偏角、横摆角速度为状态变量；或者以纵向车速、侧向车速、横摆角速度为状态变量；或者以质心车速、质心侧偏角、横摆角速度为状态变量支配车辆平面运动的三自由度单轨车辆动力学模型，或者三自由度四轮车辆动力学模型；(2)车轴载荷计算模型或者车轮载荷计算模型；(3)非线性轮胎力学模型。步骤2：配置纵向加速度传感器；根据试验标定获得与纵向加速度具体数值相关的前后车轴切向力，或者车轮切向力，建立查表数据供稳定性控制系统调用。步骤3：通过ESC系统传感器进行参数采集，该理论模型跟踪参数有前轮转向输入δV、纵向车速vx、路面附着系数μ；同时，通过纵向加速度传感器采集纵向加速度参数；同时，根据纵向加速度数值，通过查表数据库调用与之对应的前后车轴切向力，或者车轮切向力。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆电子稳定性控制系统稳定性控制判据的制定方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：建立稳定性控制判据所需的理论模型，模型包括三个组成部分：(1)在纵向加速度以及两类工况条件下均适用的，以纵向车速、质心侧偏角、横摆角速度为状态变量；或者以纵向车速、侧向车速、横摆角速度为状态变量；或者以质心车速、质心侧偏角、横摆角速度为状态变量支配车辆平面运动的三自由度单轨车辆动力学模型，或者三自由度四轮车辆动力学模型；(2)车轴载荷计算模型或者车轮载荷计算模型；(3)非线性轮胎力学模型；步骤2：配置纵向加速度传感器；根据试验标定获得与纵向加速度具体数值相关的前后车轴切向力，或者车轮切向力，建立查表数据供稳定性控制系统调用；步骤3：通过ESC系统传感器进行参数采集，该理论模型跟踪参数有前轮转向输入δV、纵向车速vx、路面附着系数μ；同时，通过纵向加速度传感器采集纵向加速度参数；同时，根据纵向加速度数值，通过查表数据库调用与之对应的前后车轴切向力，或者车轮切向力；步骤4：在ESC系统每一个采样周期，将步骤3采集得到的参数数值代入步骤1模型(1)至(3)中，计算车辆动力学模型(1)的系统关键平衡点特性；步骤5：如果计算得到的系统关键平衡点具有稳定焦点或者结点特性，则认定车辆在该采样周期动力学系统方程稳定，ESC系统将跟踪现有判据的判定结论；如果计算得到车辆动力学模型(1)的关键平衡点为鞍点特性，则认定该采样周期车辆动力学系统方程不稳定，车辆处于即将发生后轴滑移的危险工况，触发ESC系统对车辆实施稳定性控制。...

【技术特征摘要】
1.一种车辆电子稳定性控制系统稳定性控制判据的制定方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：建立稳定性控制判据所需的理论模型，模型包括三个组成部分：(1)在纵向加速度以及两类工况条件下均适用的，以纵向车速、质心侧偏角、横摆角速度为状态变量；或者以纵向车速、侧向车速、横摆角速度为状态变量；或者以质心车速、质心侧偏角、横摆角速度为状态变量支配车辆平面运动的三自由度单轨车辆动力学模型，或者三自由度四轮车辆动力学模型；(2)车轴载荷计算模型或者车轮载荷计算模型；(3)非线性轮胎力学模型；步骤2：配置纵向加速度传感器；根据试验标定获得与纵向加速度具体数值相关的前后车轴切向力，或者车轮切向力，建立查表数据供稳定性控制系统调用；步骤3：通过ESC系统传感器进行参数采集，该理论模型跟踪参数有前轮转向输入δV、纵向车速vx、路面附着系数μ；同时，通过纵向加速度传感器采集纵向加速度参数；同时，根据纵向加速度数值，通过查表数据库调用与之对应的前后车轴切向力，或者车轮切向力；步骤4：在ESC系统每一个采样周期，将步骤3采集得到的参数数值代入步骤1模型(1)至(3)中，计算车辆动力学模型(1)的系统关键平衡点特性；步骤5：如果计算得到的系统关键平衡点具有稳定焦点或者结点特性，则认定车辆在该采样周期动力学系统方程稳定，ESC系统将跟踪现有判据的判定结论；如果计算得到车辆动力学模型(1)的关键平衡点为鞍点特性，则认定该采样周期车辆动力学系统方程不稳定，车辆处于即将发生后轴滑移的危险工况，触发ESC系统对车辆实施稳定性控...

【专利技术属性】
技术研发人员：石文，李一，柳学全，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11