一种基于随机时滞的车辆稳定性评价方法，属于控制技术领域。本发明专利技术的目的是应用随机算法选取随机时滞参数来模拟实际车辆行驶过程中出现的滞后现象，判断车辆在固定工况下行驶稳定性的基于随机时滞的车辆稳定性评价方法。本发明专利技术步骤是：随机算法选取随机时滞，一维随机数算法，用两个一维均匀分布随机数发生器联合后得到的二维随机向量是服从二维均匀分布的，同理得到的三维随机向量是服从三维均匀分布的，三维随机数其归一化和范围放缩。本发明专利技术加入随机算法，无需单独重复做大量实验、记录对比，可以自动进入循环过程，随机选取延迟参数，使得数据传输过程更接近实际，仿真更具现实性，循环时记录结果，省时省力。
【技术实现步骤摘要】
基于随机时滞的车辆稳定性评价方法
本专利技术属于控制
技术介绍
车辆的稳定性通常是与操纵稳定性相提并论的一项重要性能，汽车的操纵稳定性常常会影响汽车的操纵性和汽车行驶的安全性。车辆的操纵稳定性指的是：在驾驶员不感觉疲惫的情况下，车辆能够遵循驾驶员意图(即驾驶员通过转向系及车轮给定的方向)行驶，并且能够抵抗外界干扰而保持稳定行驶的能力。由于车辆操纵稳定性的研究主要应用在车辆智能驾驶交通系统、车辆主动安全技术、车辆自动驾驶和巡航技术，因此车辆操纵稳定性的相关研究被大量研究人员重视。过去某时刻的状态对目前状态会产生时间上有滞后的影响，这个时间上的滞后我们称为时滞。在已有的研究中，很少会考虑实际系统存在的时滞，在时滞动力系统的研究中表明，时滞会在很大程度上影响系统动力学特性，因此本文对系统控制中存在的时滞对车辆稳定性的影响给出评价方案。目前已有的车辆稳定性判据和评价方法主要有以下几种：结合横摆角速度和侧向速度相平面法对车辆进行判稳；根据横摆角速度-质心侧偏角相平面法综合车辆仿真得到稳定性判据。以上的方法只是在理论上分析判断车辆行驶状态，并不能有效的表述实际存在的延迟对车辆稳定性的综合性能评价。传统的利用相轨迹判断车辆稳定性的方法如图1所示，首先单步运行控制器及Vedyna，将模型运行所得到的质心侧偏角和质心侧偏角速度数据存储，并绘制相轨迹曲线，然后判定相轨迹曲线与标定的稳定边界是否有交点，若有，则判定为不稳定，否则即判定为稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的是应用随机算法选取随机时滞参数来模拟实际车辆行驶过程中出现的滞后现象，判断车辆在固定工况下行驶稳定性的基于随机时滞的车辆稳定性评价方法。本专利技术步骤是：(1)随机算法选取随机时滞：随机算法是用来生成在归一化区间上的随机数作为随机时滞参数τ1、τ2或τ3，首先根据系统模型来判定是否需要为τ1，τ2和τ3都选择参数范围，若需要，则选择产生三维随机数据；若需要为其中两个选择参数范围，则选择产生二维随机数据；若只需要为其中一个选择参数范围，则选择产生单变量随机数据；(2)一维随机数算法的数学描述如下：xn＝(axn-1+b)(modM)(1)x0为初值，M为模数，a为乘子，b为增量，xn，a，b，M均为非负整数。modM的意思是对M取余数，从而有：0≤xn＜M(2)(3)用两个一维均匀分布随机数发生器联合后得到的二维随机向量是服从二维均匀分布的，同理得到的三维随机向量是服从三维均匀分布的，三维随机算法数学描述如下：xn＝(axn-1+b)(modM)(3)yn＝(cyn-1+d)(modM)(4)zn＝(pzn-1+q)(modM)(5)(4)三维随机数其归一化和范围放缩数学描述如下：rn＝xn/M,rn∈[0,1)(6)tn＝yn/M,tn∈[0,1)(7)in＝zn/M,in∈[0,1)(8)τ1＝x1+y1×rn+z1×rn,τ1∈[x1,x1+y1+z1)(9)τ2＝x2+y2×tn+z2×tn,τ2∈[x2,x2+y2+z2)(10)τ3＝x3+y3×in+z3×in,τ3∈[x3,x3+y3+z3)(11)(5)首先考虑车辆系统反馈控制信号的时间滞后，即只含横摆角速度时滞的车辆动力学微分方程可由二自由度模型推出如下，在控制项上加入时滞参数τ1：式中，Cγ(t)为主动控制力矩项；m为汽车质量；kf,kr分别为车辆前后轮总侧偏刚度；β为车辆质心侧偏角；f,r分别为车辆质心到前轴和后轴的距离；δ为车辆前轮转角；Iz为车辆绕z轴的转动惯量；C为扭矩控制系数；横摆角加速度；是在y轴分量上的加速度；γ是车辆横摆角速度；(6)其次考虑驾驶员对道路环境信息感知上的时间滞后，即只含有驾驶员模型时滞τ2，采用如下模型：式中，K1表示人工控制增益；s表示复数域时间量；Ta为驾驶员操控时间常数；Tl表示驾驶员的误差平滑滞后时间常数，或称中枢传递和加工信息的时间；Tn表示驾驶员调节神经和收缩肌肉的延迟，τ2表示驾驶员的传输滞后，即人的反应延缓时间；其中，表示人固定不变的特性部分；表示人误差的校正环节；(7)最后考虑驾驶员决策中操控转向盘和制动踏板在制动转向时间上的滞后，即只含制动转向时滞τ3；附加横摆力矩ΔMz与轮胎制动力ΔFxi的关系：式中，d1,d2分别表示车轮前后轮距；ΔFxi(i＝fl,rl,fr,rr)是四个车轮的制动力；t是控制时间；Lf是前轮轴心到汽车质心的距离；δc表示车辆前轮转角。与现有技术相比本专利技术的创新点是：1.为获得实际的滞后时间，常规方法的判稳只能是单次运行再判断，而本专利技术加入随机算法，无需单独重复做大量实验、记录对比，可以自动进入循环过程，随机选取延迟参数，使得数据传输过程更接近实际，仿真更具现实性，循环时记录结果，省时省力。2.本专利技术中随机时滞延迟模块作用于模型的位置是根据搭建的模型来唯一确定的，即延迟模块的位置是很关键的。分别对每个位置单独讨论，再对两两结合的模型进行验证。3.常规方法判断相轨迹曲线与稳定边界是否存在交点时，只是单纯通过观察相轨迹图来判定，而本专利技术所用方法此处称为“点射法”，即通过判断构成曲线的每个点与边界线的交点个数的奇偶性，奇数说明点在边界内，偶数则说明点在边界外部。当所有点全部是奇数时，则该曲线与边界线无交点，记为“好”。反之，只要有偶数存在，曲线与边界就会存在交点，即判定为“坏”。4.在用实验测得的数据建立随机模型图中，通过根据VEDYNA中车辆的实时运动状态，在不稳定的数据中找到稳定点，拟合找到一条分界线，用这条分界线在稳定域与不稳定域中间辨识出一个可行的过渡区域。附图说明图1是传统相轨迹判稳系统流程图；图2是实施本专利技术所述的基于随机时滞的车辆稳定性评价方案的总模型流程图；图3是实施本专利技术所述的带有延迟模块的智能驾驶系统结构图；图4是本专利技术所述的随机算法产生单变量随机数分布示意图；图5是本专利技术所述的随机算法产生二维随机数分布示意图；图6是本专利技术所述的随机算法产生三维随机数分布示意图；图7是本专利技术所述的在车速80km/h，路面附着系数0.8工况下的稳定边界示意图；图8是本专利技术所述的在无任何时滞开环状态下的相图曲线示意图；图9是本专利技术所述的在无任何时滞闭环状态下的相图曲线示意图；图10是本专利技术所述的在带有τ1延迟信号闭环，循环800次后的车辆判稳随机时滞参数选取结果图；图11是本专利技术所述的在带有τ1延迟信号闭环，循环800次后给出的过渡区域；图12是本专利技术所述的带有τ1延迟信号闭环，过渡区域稳定边界图图13是本专利技术所述的在同时带有τ1和τ2延迟信号闭环，循环800次后的车辆判稳随机时滞参数选取结果图；图14是本专利技术所述的在同时带有τ1和τ2延迟信号闭环，循环800次后给出的过渡区域；图15是本专利技术所述的在同时带有τ1和τ2延迟信号闭环，过渡区域稳定边界图图16是本专利技术所述的在同时带有τ1，τ2和τ3延迟信号闭环，循环800次后的车辆判稳随机时滞参数选取结果图。具体实施方式车速和路面附着系数固定后，质心侧偏角相平面稳定边界不会再改变，由此确定相平面稳定边界。通过对质心侧偏角相平面对车辆稳定性进行分析，在相平面稳定区域内，从任意初始点出发的相轨迹，最终都收敛于中心零点，车辆的相轨迹曲线最终都能通过自身动力学特性收敛到本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于随机时滞的车辆稳定性评价方法，其特征在于：其步骤是：(1)随机算法选取随机时滞：随机算法是用来生成在归一化区间上的随机数作为随机时滞参数τ1、τ2或τ3，首先根据系统模型来判定是否需要为τ1，τ2和τ3都选择参数范围，若需要，则选择产生三维随机数据；若需要为其中两个选择参数范围，则选择产生二维随机数据；若只需要为其中一个选择参数范围，则选择产生单变量随机数据；(2)一维随机数算法的数学描述如下：xn＝(axn‑1+b)(mod M) (1)x0为初值，M为模数，a为乘子，b为增量，xn，a，b，M均为非负整数。mod M的意思是对M取余数，从而有：0≤xn＜M (2)(3)用两个一维均匀分布随机数发生器联合后得到的二维随机向量是服从二维均匀分布的，同理得到的三维随机向量是服从三维均匀分布的，三维随机算法数学描述如下：‑xn＝(axn‑1+b)(mod M) (3)yn＝(cyn‑1+d)(mod M)(4)zn＝(pzn‑1+q)(mod M)(5)(4)三维随机数其归一化和范围放缩数学描述如下：rn＝xn/M,rn∈[0,1) (6)tn＝yn/M,tn∈[0,1) (7)in＝zn/M,in∈[0,1) (8)τ1＝x1+y1×rn+z1×rn,τ1∈[x1,x1+y1+z1) (9)τ2＝x2+y2×tn+z2×tn,τ2∈[x2,x2+y2+z2) (10)τ3＝x3+y3×in+z3×in,τ3∈[x3,x3+y3+z3) (11)(5)首先考虑车辆系统反馈控制信号的时间滞后，即只含横摆角速度时滞的车辆动力学微分方程可由二自由度模型推出如下，在控制项上加入时滞参数τ1：...
【技术特征摘要】
1.一种基于随机时滞的车辆稳定性评价方法，其特征在于：其步骤是：(1)随机算法选取随机时滞：随机算法是用来生成在归一化区间上的随机数作为随机时滞参数τ1、τ2或τ3，首先根据系统模型来判定是否需要为τ1，τ2和τ3都选择参数范围，若需要，则选择产生三维随机数据；若需要为其中两个选择参数范围，则选择产生二维随机数据；若只需要为其中一个选择参数范围，则选择产生单变量随机数据；(2)一维随机数算法的数学描述如下：xn＝(axn-1+b)(modM)(1)x0为初值，M为模数，a为乘子，b为增量，xn，a，b，M均为非负整数。modM的意思是对M取余数，从而有：0≤xn＜M(2)(3)用两个一维均匀分布随机数发生器联合后得到的二维随机向量是服从二维均匀分布的，同理得到的三维随机向量是服从三维均匀分布的，三维随机算法数学描述如下：-xn＝(axn-1+b)(modM)(3)yn＝(cyn-1+d)(modM)(4)zn＝(pzn-1+q)(modM)(5)(4)三维随机数其归一化和范围放缩数学描述如下：rn＝xn/M,rn∈[0,1)(6)tn＝yn/M,tn∈[0,1)(7)in＝zn/M,in∈[0,1)(8)τ1＝x1+y1×rn+z1×rn,τ1∈[x1,x1+y1+z1)(9)τ2＝x2+y2×tn+z2×tn,τ2∈[x2,x2+y2+z2)(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：王萍，刘姿玚，李梓涵，朱超杰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22
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