一种具有时滞辨识和补偿功能的车辆主动防侧翻控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具有时滞补偿功能的车辆主动防侧翻控制系统和方法，系统包括传感器模块、横向载荷转移率估计模块、横向载荷转移率预测模块、时滞辨识模块、主动防侧翻控制器以及防侧翻作动器模块。传感器模块获取车辆横向加速度和车身侧倾角信号；横向载荷转移率估计模块实时计算车辆横向载荷转移率的估计值并判断车辆的侧翻程度；横向载荷转移率预测模块以估计模块的横向载荷转移率估计值为输入，根据时滞辨识模块辨识出的控制系统时滞确定需要提前预测的时间，输出未来时刻的横向载荷转移率，通过防侧翻控制器实现车辆的防侧翻控制。本发明专利技术可补偿车辆防侧翻控制系统的时滞，同时能确保控制精度，提高汽车的主动安全。

Vehicle active anti rollover control system with time delay compensation function and method

The invention relates to a vehicle active anti rollover control system and method with time delay compensation function. The system includes sensor module, lateral load transfer rate estimation module, lateral load transfer rate prediction module, time delay identification module, active anti turn controller and anti rollover actuator module. The sensor module obtains the lateral acceleration and the side inclination signal of the vehicle, and the lateral load transfer rate estimation module calculates the estimation value of the lateral load transfer rate and the degree of vehicle rollover in real time. The lateral load transfer rate prediction module is used to estimate the lateral load transfer rate of the module as input, and it is identified according to the time delay. The time delay of the control system identified by the module needs to be predicted in advance, the transversal load transfer rate in the future time is output, and the anti rollover control of the vehicle is realized by the anti rollover controller. The invention can compensate for the time delay of the vehicle rollover control system, while ensuring the control accuracy and improving the active safety of the vehicle. One

【技术实现步骤摘要】
一种具有时滞补偿功能的车辆主动防侧翻控制系统及方法
本专利技术涉及汽车主动安全控制领域，更具体地，涉及一种具有时滞补偿功能的车辆主动防侧翻控制系统及方法。
技术介绍
随着汽车行业的迅速发展，人们生活水平的提高及生活节奏的加快，人们对汽车的安全性要求越来越高。一些车辆如SUV、客车等由于具有质心位置偏高、质量和体积相对较大、轮距相对过窄等特点，极易发生侧翻事故。侧翻事故一旦发生往往易导致严重的人员伤亡和重大的经济损失。因此，汽车防侧翻技术已成为汽车主动安全领域的热点研究问题。车辆主动防侧翻控制是防止车辆侧翻的有效途径，主要采用主动悬架、差速制动、主动转向、底盘一体化控制等方法实现车辆侧倾角的调整，达到防止侧翻的目的。常用的车辆侧翻评价指标包括侧向加速度、侧倾角及横向载荷转移率等。其中，横向载荷转移率是一种与车辆参数和行驶条件无关的指标，因其通用性强，已被广泛应用在车辆侧翻分析与控制中。但由于该指标与左右侧轮胎垂向载荷有关而无法直接计算，因此如何准确估计横向载荷转移率至关重要。此外，在车辆主动防侧翻控制中，由于信号的采集与处理、控制算法的计算、作动器的执行都需要时间，由此导致控制系统存在时滞现象。时滞的存在不仅影响控制性能，甚至导致控制系统失稳。为此，国内外学者开展了控制系统的时滞控制研究，例如汽车主动防侧翻鲁棒控制策略等，这些方法虽然能提高控制系统对时滞的鲁棒性，使得控制系统在存在时滞的情况下仍能起作用，但提高控制系统鲁棒性必然会以牺牲控制精度为代价。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有时滞补偿功能的车辆防侧翻控制系统，该系统可以较好地估计及判断车辆的侧翻程度，辨识和补偿车辆防侧翻控制系统的时滞，为具有时滞的车辆主动防侧翻控制系统提供一种有效的技术解决方案。为达到上述目的，本专利技术提供了一种具有时滞补偿功能的车辆防侧翻控制系统及方法，其中该控制系统由横向加速度传感器、车身侧倾角传感器、横向载荷转移率估计模块、横向载荷转移率预测模块、时滞辨识模块、主动防侧翻控制器以及防侧翻作动器组成。横向载荷转移率估计模块通过根据横向加速度传感器检测的横向加速度信号，车身侧倾角传感器检测的车身侧倾角信号，实时计算出车辆横向载荷转移率的估计值；当横向载荷转移率估计值超过预先设定的阈值时，横向载荷转移率预测模块从当前时刻起，提前预测指定时间的横向载荷转移率，并作为主动防侧翻控制系统的参考输入；主动防侧翻控制系统输出未来时刻的控制输出，并通过防侧翻作动器减小车身侧倾角；时滞辨识模块实时辨识车辆主动防侧翻控制系统的时滞，该时滞是横向载荷转移率预测模块需要提前预测的时间。进一步地，具有时滞补偿功能的车辆主动防侧翻控制系统，采用如下方法进行横向载荷转移率估计：横向载荷转移率估计模块的以横向加速度、车身侧倾角为输入信号，基于反映横向载荷转移率与输入信号关系的估计模型，采用状态估计方法进行横向载荷转移率估计，其中反映横向载荷转移率与输入信号关系的估计模型为其中Ve为横向载荷转移率，ay为横向加速度，为车身侧倾角，h为簧载质量重心到侧倾中心的距离，d为轮距，g为重力加速度。进一步地，具有时滞补偿功能的车辆主动防侧翻控制系统，采用如下方法进行车辆状态预测：横向载荷转移率预测模块以横向载荷转移率估计模块的输出为输入信号，以时滞辨识模块辨识出的时滞为提前预测时间，利用灰色预测模型预测未来时刻的横向载荷转移率。进一步地，具有时滞补偿功能的车辆主动防侧翻控制系统，采用如下方法进行时滞辨识：时滞辨识模块根据包含时滞项的车辆侧翻动力学模型，基于当前控制输出和未来时刻的车辆状态，辨识出车辆主动防侧翻控制系统的时滞。进一步地，具有时滞补偿功能的车辆主动防侧翻控制系统，采用如下方法进行时滞补偿控制：当横向载荷转移率大于设定的阈值时，主动防侧翻控制器根据横向载荷转移率预测模块输出的横向载荷转移率预测值，进行提前控制，从而消除时滞对控制系统的影响。本专利技术具有以下优点：(1)利用易测量的侧向加速度和车身侧倾角进行横向载荷转移率估计，增加了控制器输入信号的可实现性；(2)采用时滞辨识模块对车辆主动防侧翻控制系统的时滞进行辨识，提高了时滞的准确性；(3)先预测侧翻评价指标，根据辨识时滞再予以提前控制，不仅能补偿时滞的影响，还能确保控制精度，提高汽车的主动安全性。附图说明图1为本专利技术的控制系统结构图；图2为本专利技术的方向盘转角输入；图3为本专利技术不同时滞条件下的横向载荷转移率估计效果对比；图4为本专利技术的横向载荷转移率；图5为本专利技术的车身侧倾角。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的解释和说明：一种具有时滞补偿功能的车辆防侧翻控制系统，其系统原理结构如图1所示：包括横向加速度传感器1、车身侧倾角传感器2、横向载荷转移率估计模块3、横向载荷转移率预测模块4、时滞辨识模块5、主动防侧翻控制器6以及防侧翻作动器7。横向载荷转移率估计模块3通过根据横向加速度传感器1检测的横向加速度信号，以及车身侧倾角传感器2检测的车身侧倾角信号，实时计算出车辆横向载荷转移率的估计值；当横向载荷转移率估计值超过预先设定的阈值时，横向载荷转移率预测模块4从当前时刻起，提前预测指定时间的横向载荷转移率，并作为主动防侧翻控制系统的参考输入；主动防侧翻控制系统输出未来时刻的控制输出，并通过防侧翻作动器减小车身侧倾角；时滞辨识模块5实时辨识车辆主动防侧翻控制系统的时滞，该时滞是横向载荷转移率预测模块4需要提前预测的时间。横向载荷转移率估计模块3的以横向加速度传感器1检测的横向加速度，以及车身侧倾角传感器2检测的车身侧倾角为输入信号，基于反映横向载荷转移率与输入信号关系的估计模型，采用状态估计方法进行横向载荷转移率估计，其中反映横向载荷转移率与输入信号关系的估计模型为：其中Ve为横向载荷转移率，ay为横向加速度，为车身侧倾角，h为簧载质量重心到侧倾中心的距离，d为轮距，g为重力加速度。横向载荷转移率预测模块4以横向载荷转移率估计模块3的输出为输入信号，以时滞辨识模块5辨识出的时滞为提前预测时间，利用灰色预测模型预测未来时刻的横向载荷转移率。时滞辨识模块5根据包含时滞项的车辆侧翻动力学模型，基于当前控制输出和未来时刻的车辆状态，辨识出车辆主动防侧翻控制系统的时滞。当横向载荷转移率大于设定的阈值时，主动防侧翻控制器6根据横向载荷转移率预测模块4输出的横向载荷转移率预测值，进行提前控制，从而消除时滞对控制系统的影响。作为本专利技术的一个实施例，灰色预测采用GM(1，1)模型，它根据预测模型实际输入的离散值进行预测，且仅需辨识2个参数(发展系数和灰色作用量)，便能在一个较短的时间内对具有某一变化趋势的过程进行提前预测，其预测精度较高。GM(1，1)模型的计算过程描述如下：1)生成预测模型的原始输入数据序列：X(0)＝[x(0)(1),x(0)(2),…,x(0)(n)](2)式中：n为建模维数，表示预测时用到的历史数据量；x(0)(i)，i＝1,2,…,n为预测模型的输入。2)数据预处理。在实际系统中采集的原始数据可能同时包含正数和负数，如直接进行原始数据累加运算，则会因正负抵消而引起信息丢失现象，从而使得累加运算生成数列的规律性得不到加强，甚至可能削弱。因此在作原始数据累加操作前必须将原始数据映射处理为非负数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有时滞补偿功能的车辆主动防侧翻控制系统及方法，其特征在于：系统包括

【技术特征摘要】
1.一种具有时滞补偿功能的车辆主动防侧翻控制系统及方法，其特征在于：系统包括横向加速度传感器(1)、车身侧倾角传感器(2)、横向载荷转移率估计模块(3)、横向载荷转移率预测模块(4)、时滞辨识模块(5)、主动防侧翻控制器(6)以及防侧翻作动器(7)；横向载荷转移率估计模块(3)通过根据横向加速度传感器(1)检测的横向加速度信号，车身侧倾角传感器(2)检测的车身侧倾角信号，实时计算出车辆横向载荷转移率的估计值；当横向载荷转移率估计值超过预先设定的阈值时，横向载荷转移率预测模块(4)从当前时刻起，提前预测指定时间的横向载荷转移率，并作为主动防侧翻控制系统的参考输入；主动防侧翻控制系统输出未来时刻的控制输出，并通过防侧翻作动器减小车身侧倾角；时滞辨识模块(5)实时辨识车辆主动防侧翻控制系统的时滞，该时滞是横向载荷转移率预测模块(4)需要提前预测的时间。2.根据权利要求1所述的一种具有时滞补偿功能的车辆主动防侧翻控制系统及方法，其特征在于采用如下方法进行横向载荷转移率估计：横向载荷转移率估计模块(3)的以横向加速度、车身侧倾角为输入信号，基于反映横向载荷转移率与输入信号关系的估计模型，采用状态估计...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志勇，王东涛，黄彩霞，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43