【技术实现步骤摘要】
一种基于时变动力学模型的四轮转向汽车稳定性控制方法
:本专利技术涉及汽车稳定性控制领域,特别是关于一种基于时变动力学模型的四轮转向汽车稳定性控制方法。
技术介绍
:随着人们对汽车行驶安全性越来越重视,汽车主动安全系统得到快速发展,其中四轮转向(FourWheelSteering,4WS)作为一种提高汽车稳定性的有效手段已得到了广泛的认可,运用4WS技术,可以有效地减小低速行驶时汽车的转弯半径,提高高速行驶时汽车的稳定性。目前,4WS所采用的控制方法主要有PID控制、鲁棒性控制、神经网络控制和模型预测控制(ModelPredictiveControl,MPC)等,其中模型预测控制因能较好地处理多目标任务以及系统约束,在汽车稳定性控制领域得到了广泛的应用。根据其采用的预测模型以及优化方法的不同,MPC可分为非线性MPC和线性MPC。非线性MPC的计算负担重,实时性差,很难应用于实际,而线性MPC计算负担小,计算速度快,因而得到了广泛使用。论文[HangP,LuoF,FangS,etal.PathTrackingControlofaFour-Wheel-Independent-SteeringElectricVehiclebasedonModelPredictiveControl[C]//中国控制会议.2017:9360-9366.]假设轮胎侧偏角处于线性区域,将非线性的轮胎模型近似成线性轮胎模型,通过线性MPC实现了四轮转向控制,然而线性MPC不能表征轮胎的非线性特性侧偏特性,因此在极限工况下控制器的控制效果差。论文[陈杰,李亮,宋健.基于LTV-MPC的汽车 ...
【技术保护点】
1.一种基于时变动力学模型的四轮转向汽车稳定性控制方法,其特征在于,该方法包括参考模型、轮胎数据处理器、MPC控制器、CarSim汽车模型;参考模型用于确定期望的汽车横摆角速度和质心侧偏角;轮胎数据处理器用于确定轮胎的侧偏角、侧向力和侧向力梯度;CarSim汽车模型用于输出汽车的实际运动状态信息,包括汽车纵向速度、横摆角速度、质心侧偏角和路面附着系数;MPC控制器根据期望的汽车横摆角速度、质心侧偏角和汽车的实际运动状态信息,优化求解出汽车的后轮转角,输出给CarSim汽车模型,控制汽车实现稳定性控制;该方法包括以下步骤:步骤1、建立参考模型,确定期望的汽车横摆角速度和质心侧偏角,其过程包括如下子步骤:步骤1.1、采用线性二自由度汽车模型作为参考模型,其运动微分方程表达式如下:
【技术特征摘要】
1.一种基于时变动力学模型的四轮转向汽车稳定性控制方法,其特征在于,该方法包括参考模型、轮胎数据处理器、MPC控制器、CarSim汽车模型;参考模型用于确定期望的汽车横摆角速度和质心侧偏角;轮胎数据处理器用于确定轮胎的侧偏角、侧向力和侧向力梯度;CarSim汽车模型用于输出汽车的实际运动状态信息,包括汽车纵向速度、横摆角速度、质心侧偏角和路面附着系数;MPC控制器根据期望的汽车横摆角速度、质心侧偏角和汽车的实际运动状态信息,优化求解出汽车的后轮转角,输出给CarSim汽车模型,控制汽车实现稳定性控制;该方法包括以下步骤:步骤1、建立参考模型,确定期望的汽车横摆角速度和质心侧偏角,其过程包括如下子步骤:步骤1.1、采用线性二自由度汽车模型作为参考模型,其运动微分方程表达式如下:其中:β是汽车质心侧偏角;γ是汽车横摆角速度;Iz是绕汽车质心铅垂轴的横摆转动惯量;Ux是汽车纵向速度;lf和lr分别是汽车质心至前、后轴的距离;Cf和Cr分别是汽车前、后轮轮胎的侧偏刚度;δf是驾驶员操纵方向盘产生的汽车前轮转角;步骤1.2、将公式(1a)转换成传递函数,形式如下式:基于公式(2)得到期望的汽车横摆角速度:其中:γref是期望的汽车横摆角速度;wn是系统的固有频率;ξ是系统阻尼;Gω(s)是传递函数增益;wd=k1wn,ξd=k2ξ,Gkω(s)=k3Gω(s);k1、k2、k3是改善系统相位延迟和响应速度的参数;步骤1.3、设定期望的质心侧偏角为:βref=0(4)步骤2、设计轮胎数据处理器,其过程包括如下子步骤:步骤2.1、设计轮胎侧偏角计算模块,前、后轮轮胎侧偏角通过下式计算获得:其中:αf和αr分别是汽车前、后轮轮胎的侧偏角;δf是汽车前轮转角,δr是汽车后轮转角;步骤2.2、设计轮胎侧向力和轮胎侧向力梯度计算模块,为了获得轮胎的非线性特性,基于Pacejka轮胎模型,获取不同路面附着系数下的轮胎侧向力与轮胎侧偏角的关系曲线,得到轮胎侧偏特性三维图;获取不同路面附着系数下的轮胎侧向力对轮胎侧偏角导数的关系曲线,得到轮胎侧向力梯度三维图;轮胎数据处理器将当前时刻实际的轮胎侧偏角和路面附着系数分别输入到轮胎侧偏特性三维图和轮胎侧向力梯度三维图中,通过线性插值法分别获得当前时刻的轮胎侧向力和轮胎侧向力梯度,并输出给MPC控制器;在每个控制周期轮胎数据处理器更新一次轮胎侧向力和轮胎侧向力梯度值;其中:Pacejka轮胎模型如下:Fy,j=μDsin(Catan(Bαj-E(Bαj-αjtan(Bαj))))其中:j=f,r,表示前轮和后轮;Fy,j是轮胎侧向力,αj是轮胎侧偏角;B,C,D和E取决于车轮垂直载荷Fz;a0=1.75;a1=0;a2=1000;a3=1289;a4=7.11;a5=0.0053;a6=0.1925;步骤3、设计MPC控制器,其过程包括如下子步骤:步...
【专利技术属性】
技术研发人员:李绍松,王国栋,高嵩,张邦成,于志新,崔高健,卢晓辉,韩玲,李政,
申请(专利权)人:长春工业大学,
类型:发明
国别省市:吉林,22
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