一种基于模糊自适应PID控制的智能车辆抗侧风控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模糊自适应PID控制的智能车辆抗侧风控制方法，在车辆高速行驶遇侧风干扰时，获得车辆的目标路线；将车辆当前状态与目标路线进行对比，获得车辆的横摆角速度以及质心侧偏角误差；根据车辆的横摆角速度和质心侧偏角误差，获得横摆角速度和质心侧偏角的误差变化率；根据误差及误差变化率，基于模糊自适应PID控制器确定车辆车轮转角的控制量；将车轮转角控制量发送给转向电机控制器，以使转向电机控制器根据车轮转角目标值向转向柱施加转向力矩完成车辆转向,以此来控制轮胎的侧向力。本发明专利技术采用模糊自适应PID对车辆受到侧风干扰时进行控制，使得车辆对侧风有一定的抗干扰能力，提高车辆行驶的操纵稳定性。

An anti crosswind control method of intelligent vehicle based on Fuzzy Adaptive PID control

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊自适应PID控制的智能车辆抗侧风控制方法
本专利技术涉及智能控制
，具体涉及一种基于模糊自适应PID控制的智能车辆抗侧风控制方法。
技术介绍
所谓“智能车辆”，就是在普通车辆的基础上增加了先进的传感器(雷达、摄像)、控制器、执行器等装置，通过车载传感系统和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换，使车辆具备智能的环境感知能力，能够自动分析车辆行驶的安全及危险状态，并使车辆按照人的意愿到达目的地，最终实现替代人来操作的目的。汽车在高速行驶过程中经常会受到侧风干扰，由侧风引起的气动侧向力和气动横摆力矩会改变轮胎的侧偏特性，甚至引起汽车“激转”等非稳态转向，从而导致车辆偏移预定的行驶路线，还可能会造成侧滑或侧翻，严重影响汽车行驶的安全性。当车辆突发侧向干扰时，驾驶员由于技术不熟练而操纵不当或没有经验而来不及反应时，都可能引发交通事故，并且高速行驶车辆的侧风响应状态如果完全依赖驾驶员调节，将增大驾驶员的操纵负担，存在严重的安全隐患。目前对汽车侧风稳定性控制研究还处于起步阶段，现有研究主要集中在车身造型及其结构选择上，关于汽车侧风稳定性的主动控制研究近乎空白。此外，专门用于汽车侧风稳定性研究的实验场地也非常少。在此背景下，研究高速汽车侧风稳定性的主动控制技术，提高汽车主动安全性尤为重要。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
中的问题，提供了一种基于模糊自适应PID控制的智能车辆抗侧风控制方法,通过模糊自适应PID对车辆受到侧风干扰时进行控制，使得车辆对侧风有一定的抗干扰能力，能够有效提高车辆行驶的操纵稳定性。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于模糊自适应PID控制的智能车辆抗侧风控制方法，包括以下步骤：(1)在车辆高速行驶遇侧风干扰时，根据方向盘转角传感器及测速器进行路线规划，获得车辆的目标路线；(2)根据车辆行驶状态传感器测量的车辆当前状态(摆角速度、质心侧偏角)，将车辆当前状态与目标路线进行对比，获得车辆的横摆角速度以及质心侧偏角误差；(3)根据车辆的横摆角速度和质心侧偏角误差，获得车辆的横摆角速度和质心侧偏角的误差变化率；(4)根据所述的误差及误差变化率，基于模糊自适应PID控制器确定车辆车轮转角的控制量；(5)将车轮转角控制量发送给转向电机控制器，以使转向电机控制器根据车轮转角目标值向转向柱施加转向力矩完成车辆转向,以此来控制轮胎的侧向力；(6)重复以上步骤，完成车辆侧风控制。进一步地，在所述抗侧风控制方法的基础上，设计了一种基于模糊自适应PID控制的智能车辆抗侧风控制装置，它包括以下控制装置：①对比单元：用于根据前轮转角及车速等车身状态进行路线规划，获得车辆的理想横摆角速度和质心侧偏角；再根据执行单元将执行机构作用于车辆模型，获得实际车身状态，并与车辆理想跟踪模型的车身状态进行对比，获得车辆的横摆角速度和质心侧偏角误差；②控制单元：包括模糊控制器、PID控制器；模糊控制器：用于根据车辆当前状态与车辆理想状态得到的质心侧偏角和横摆角速度的偏差及偏差变化率，获得PID控制器的三个参数KP、Ki、Kd；PID控制器：用于根据模糊控制器的输出KP、Ki、Kd，获得车辆车轮转角的控制量；③执行单元：用于将控制单元确定的车轮转角控制量发送给转向电机控制器，使转向电机控制器根据车轮转角控制量向转向柱施加转向力矩完成车轮转向，实现侧风控制。进一步地，所述KP、Ki、Kd计算方法为：a.当误差e较大时，为了加快系统的响应速度，将KP和Kd设定为较大值；同时，Ki较小可以避免系统响应出现较大超调；b.当误差e和变化率ec中等时，为了降低系统响应的超调量同时保证系统一定的响应速度，KP取较小值；同时，Kd取小一些，Ki取适当值；c.当误差e较小时，为了提高控制系统稳态性能，KP，Ki取大值；同时，取一个适当的Kd降低输出响应在稳态值附近振荡，并提高控制系统的抗干扰能力。进一步地，所述车辆车轮转角的控制量计算方法为：δr＝Kbδf+u(t)其中：u(t)为控制器反馈控制量，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，e(t)为t时刻的横摆角速度以及质心侧偏角误差值；Kb为前馈比例控制系数；δr为后轮转角；δf为前轮转角。相对于现有技术,本专利技术具有如下有益效果:1、汽车在空气流动非常好的地方极易受侧风的影响，例如在高速、隧道、海边等路段行驶时，严重时可能导致翻车。本专利技术采用模糊自适应PID对车辆受到侧风干扰时进行控制，使得车辆对侧风有一定的抗干扰能力，提高车辆行驶的操纵稳定性。2、传统的PID控制自适应能力较差，对时变、非线性系统的控制效果不佳，当系统参数发生变化时，控制性能会产生较大的变化，严重时可能导致系统不稳定。而模糊自适应PID控制系统原理简单、使用方便、鲁棒性也较强，有很好的灵活性和控制精度。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术一种基于模糊自适应PID控制的智能车辆抗侧风控制方法流程图。图2为本专利技术在Matlab/simulink编译环境下建立的侧风控制系统方框图。图3为本专利技术横摆角速度仿真图。图中：1-对比单元、2-控制单元、3-执行单元、4-模糊控制器、5-PID控制器、6-车辆理想跟踪模型、7-车辆模型、8-方向盘转角传感器、9-测速器、10-转向电机、11-转向柱。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参见图1，一种基于模糊自适应PID控制的智能车辆抗侧风控制方法，它的步骤如下：A.在车辆高速行驶遇侧风干扰时，根据方向盘转角传感器(8)获得车辆前轮转角，根据测速器(9)获得车辆实际行驶速度，从而获得车辆理想跟踪模型(6)的期望横摆角速度和质心侧偏角，基于此进行路线规划，获得车辆的目标路线；B.根据车辆行驶状态传感器测量的车辆模型(7)的当前状态，将车辆当前状态与目标路线进行对比，获得车辆的横摆角速度以及质心侧偏角误差；C.根据车辆的横摆角速度和质心侧偏角误差，获得相应的误差变化率；D.根据误差和误差变化率，模糊控制器(4)获得PID控制器(5)的三个参数KP、Ki、Kd；E.基于模糊控制器(4)所获得PID控制器(5)的三个参数KP、Ki、Kd，PID控制器获得并确定车轮转角控制量；F.再将车轮转角控制量发送给转向电机(10)，以使转向电机(10)根据车轮转角控制量向转向柱(11)施加转向力矩完成车辆转向,以此来控制轮胎的侧向力。G.重复步骤A-F，完成车辆侧风控制。进一步的，上述步骤D中，计算PID控制器(5)的三个参数KP、Ki、Kd本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模糊自适应PID控制的智能车辆抗侧风控制方法，其特征在于,包括以下步骤：/n(1)在车辆高速行驶遇侧风干扰时，根据方向盘转角传感器及测速器进行路线规划，获得车辆的目标路线；/n(2)根据车辆行驶状态传感器测量的车辆当前状态，将车辆当前状态与目标路线进行对比，获得车辆的横摆角速度以及质心侧偏角误差；/n(3)根据车辆的横摆角速度和质心侧偏角误差，获得车辆的横摆角速度和质心侧偏角的误差变化率；/n(4)根据所述的误差及误差变化率，基于模糊自适应PID控制器确定车辆车轮转角的控制量；/n(5)将车轮转角控制量发送给转向电机控制器，以使转向电机控制器根据车轮转角目标值向转向柱施加转向力矩完成车辆转向,以此来控制轮胎的侧向力；/n(6)重复以上步骤，完成车辆侧风控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊自适应PID控制的智能车辆抗侧风控制方法，其特征在于,包括以下步骤：
(1)在车辆高速行驶遇侧风干扰时，根据方向盘转角传感器及测速器进行路线规划，获得车辆的目标路线；
(2)根据车辆行驶状态传感器测量的车辆当前状态，将车辆当前状态与目标路线进行对比，获得车辆的横摆角速度以及质心侧偏角误差；
(3)根据车辆的横摆角速度和质心侧偏角误差，获得车辆的横摆角速度和质心侧偏角的误差变化率；
(4)根据所述的误差及误差变化率，基于模糊自适应PID控制器确定车辆车轮转角的控制量；
(5)将车轮转角控制量发送给转向电机控制器，以使转向电机控制器根据车轮转角目标值向转向柱施加转向力矩完成车辆转向,以此来控制轮胎的侧向力；
(6)重复以上步骤，完成车辆侧风控制。


2.如权利要求1所述的一种基于模糊自适应PID控制的智能车辆抗侧风控制方法的装置，其特征在于，它包括以下控制装置：
①对比单元：用于根据前轮转角及车速等车身状态进行路线规划，获得车辆的理想横摆角速度和质心侧偏角；再根据执行单元将执行机构作用于车辆模型，获得实际车身状态，并与车辆理想跟踪模型的车身状态进行对比，获得车辆的横摆角速度和质心侧偏角误差；
②控制单元：包括模糊控制器、PID控制器；
模糊控制器：用于根据车辆当前状态与车辆理想状态得到的质心侧偏角和横摆角速度的偏差及偏差变化率，获得PI...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚雪莲，朱燕，杨艺，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32