一种四轮独立转向车辆的控制方法技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车辆转向控制领域，具体涉及一种四轮独立转向车辆的控制方法。
技术介绍
车辆的操纵稳定性是关系车辆安全行驶的一项重要性能。四轮转向(4WS)技术是主动底盘控制系统的重要组成，是现代车辆提高操纵稳定性和主动安全性的发展趋势。控制策略是4WS技术的重要研究方面，通过调节后轮转角控制车辆质心侧偏角和横摆角速度，可有效改善车辆高速行驶的操纵稳定性和低速状态的机动灵活性。迄今，人们针对主动后轮转向的4WS控制问题，提出了前后轮转角成比例的前馈控制、横摆角速度反馈控制、神经网络控制等方法。直接横摆力矩控制(DYC)也是当前车辆动力学系统稳定控制中一种较为有效的车辆底盘控制技术，它通过对轮胎纵向力的分配产生横摆力矩以调节车辆的横摆运动，从而确保车辆行驶稳定性。目前，有关采用横摆力矩控制车辆稳定性的报道也较多，其中包括最优控制、鲁棒控制、模糊控制等。由于实际车辆轮胎与地面接触作用具有非线性特性，同时车辆参数(如整车质量、车辆转动惯量等)的变化会对车辆车身状态的控制性能产生干扰作用影响。因此，无论是4WS车辆的后轮转向控制还是DYC手段，单一的控制策略对改善车辆行驶的操纵稳定性有限，特别是在车辆高速、急转弯等极限工况下，无法获得满意的车辆行驶操纵稳定性。车辆前轮转角传感器是车辆车身电子稳定系统(ESP)的重要测量器件，为系统中的控制器提供前轮转角测量电信号，其测量的精确度和可靠性直接关系控制器的控制效果，进而影响行车的操纵稳定性和安全性。然而，路面的不平度引起的车辆振动，或者车身内部问题引起的部件装置不协调及损坏，从而会造成传感器出现故障现象，使得控制器无法获...
【技术保护点】
一种四轮独立转向车辆的控制方法，其特征在于包括以下步骤:A、预设理想车辆转向模型、前轮转角估计初始值、前轮转角观测器、干扰边界估计环节、后轮转角滑模控制器和横摆力矩滑模控制器；B、以车辆直行状态作为初始时刻，实时测量车辆的质心侧偏角及横摆角速度，同时将前轮转角估计初始值输入理想车辆转向模型，得到初始期望质心侧偏角与初始期望横摆角速度；将初始期望质心侧偏角与初始期望横摆角速度分别与对应时刻的实时质心侧偏角与横摆角速度进行比较，分别得到对应时刻的质心侧偏角控制误差以及横摆角速度控制误差；将质心侧偏角控制误差、初始横摆角速度控制误差输入至前轮转角观测器得到对应时刻的前轮转角估计值；C、实时地进行前轮转角估计值的计算，将实时的前轮转角估计值输入理想车辆转向模型，得到实时的期望质心侧偏角与期望横摆角速度，将实时的期望质心侧偏角与期望横摆角速度与实时的质心侧偏角、横摆角速度进行比较，从而得到实时的质心侧偏角控制误差、横摆角速度控制误差；D、将实时的质心侧偏角控制误差、横摆角速度控制误差输入干扰边界估计环节，得到实时的干扰边界参数；E、将实时的前轮转角估计值、质心侧偏角控制误差、横摆角速度控制误差以...
【技术特征摘要】
1.一种四轮独立转向车辆的控制方法，其特征在于包括以下步骤:A、预设理想车辆转向模型、前轮转角估计初始值、前轮转角观测器、干扰边界估计环节、后轮转角滑模控制器和横摆力矩滑模控制器；B、以车辆直行状态作为初始时刻，实时测量车辆的质心侧偏角及横摆角速度，同时将前轮转角估计初始值输入理想车辆转向模型，得到初始期望质心侧偏角与初始期望横摆角速度；将初始期望质心侧偏角与初始期望横摆角速度分别与对应时刻的实时质心侧偏角与横摆角速度进行比较，分别得到对应时刻的质心侧偏角控制误差以及横摆角速度控制误差；将质心侧偏角控制误差、初始横摆角速度控制误差输入至前轮转角观测器得到对应时刻的前轮转角估计值；C、实时地进行前轮转角估计值的计算，将实时的前轮转角估计值输入理想车辆转向模型，得到实时的期望质心侧偏角与期望横摆角速度，将实时的期望质心侧偏角与期望横摆角速度与实时的质心侧偏角、横摆角速度进行比较，从而得到实时的质心侧偏角控制误差、横摆角速度控制误差；D、将实时的质心侧偏角控制误差、横摆角速度控制误差输入干扰边界估计环节，得到实时的干扰边界参数；E、将实时的前轮转角估计值、质心侧偏角控制误差、横摆角速度控制误差以及干扰边界参数共同输入到后轮转角滑模控制器和横摆力矩滑模控制器，分别输出得到实时的后轮转角和横摆力矩，并采用实时的后轮转角和横摆力矩对车辆进行实时控制。2.如权利要求1所述的四轮独立转向车辆的控制方法，其特征在于：所述的步骤A中理想车辆转向模型的构造过程如下：建立如下的车辆转向运动学模型： m ( v · x - v y γ ) = ( F x 1 + F x 2 ) cosδ f - ( F y 1 + F y 2 ) sinδ f + ( F x 3 + F x 4 ) cosδ r - ( F y 3 + F y 4 ) sinδ r m ( v · y + v x γ ) = ( F x 1 + F x 2 ) sinδ f + ( F y 1 + F y 2 ) cosδ f + ( F x 3 + F x 4 ) sinδ r + ( F y 3 + F y 4 ) cosδ r I z γ · = a ( F y 1 + F y 2 ) cosδ f - b ( F y 3 + F y 4 ) cosδ r + 0.5 W [ ( F y 1 + F y 2 ) sinδ f + ( F y 3 - F y 4 ) sinδ r ] + M J w i ω · i = M d i - F x i R - M b i , ( i = 1 , 2 , 3 , 4 ) - - - ( 1 ) ; ]]>式中：m是整车质量；vx、vy分别表示汽车质心速度V在x和y轴上的速度分量；分别表示汽车质心速度V在x和y轴上的加速度分量；γ是汽车横摆角速度，则表示横摆角加速度；a和b分别是汽车质心至前轴和后轴的距离，汽车轴距L＝a+b；Fxi、Fyi分别代表汽车轮胎的纵向力和横向力，其中下标i＝1,2,3,4分别对应左前轮、右前轮、左后轮和右后轮；δf、δr分别是前、后轮转向角；Iz为汽车绕z轴的转动惯量；Jwi和ωi分别为各轮胎的转动惯量及转动角速度，表示各轮胎的转动角加速度；Mdi是差速器半轴上的输出扭矩；R表示轮胎半径；Mbi为轮胎所受的制动力矩；W为轮距,即前轮距Bf和后轮距Br均等于W；M表示车轮所受纵向力所产生附加控制的横摆力矩：M＝a(Fx1+Fx2)sinδf-b(Fx3+Fx4)sinδr+0.5W[(Fx2-Fx1)cosδf+(Fx4-Fx3)cosδr] (2)；车辆质心侧偏角：β＝arctan(vx/vy)；前后轮的侧偏角αi： α 1 = α 2 ≈ β + a γ / v x - δ f α 3 = α 4 ≈ β - b γ / v x - δ r - - - ( 3 ) ; ]]>其中下标i＝1,2,3,4分别对应左前轮、右前轮、左后轮和右后轮；假定汽车处于正常时速范围的非紧急状态和小角度转向的行驶工况下，有vx≈V，并只考虑车辆侧滑和横摆运动，即选择质心侧偏角和横摆角速度作为操纵稳定性的衡量主要指标，结合式(1)和(3)可以获得车辆2自由度线性单轨模型的动力学方程： m u ( β · + γ ) = F y 1 + F y 2 + F y 3 + F y 4 I z γ · = a ( F y 1 + F y 2 ) - b ( F y 3 + F y 4 ) + M - - - ( 4 ) ; ]]>式中：Fy1+Fy2、Fy3+Fy4分别表示前、后轴轮胎的侧偏力 F y 1 + F y 2 = - k f ( β + a γ / V - δ f ) F y 3 + F y 4 = - k r ( β - b γ / V - δ r ) - - - ( 5 ) ; ]]>其中kf和kr分别为前轴两侧轮胎的综合侧偏刚度、后轴两侧轮胎的综合侧偏刚度，其数值是前、后轮侧偏刚度的2倍；定义系统状态矢量x＝[β,γ]T和控制输入矢量u＝[δr,M]T，根据式(4)和(...
【专利技术属性】
技术研发人员：高远，赵宁，王振刚，文家燕，潘盛辉，袁海英，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45
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