一种基于启发式算法的车辆横向稳定性控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于启发式算法的车辆横向稳定性控制方法，包括下述步骤：采集汽车的参数；需要采集的参数包括固有参数和实时参数，其中：固有参数：包括汽车总质量m，转动惯量I

A vehicle lateral stability control method based on heuristic algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种基于启发式算法的车辆横向稳定性控制方法
本专利技术涉及车辆稳定性控制
，具体涉及一种基于启发式算法的车辆横向稳定性控制方法。
技术介绍
随着人民生活水平的不断提高，中国的汽车保有量迅速上升，而随着汽车数量的増多，交通安全问题己经成为了一个社会性问题。中国是世界上交通事故率最高的国家之一，这引起了人们对汽车行驶安全性能的高度重视。汽车安全性防护可根据其作用时间的差异分为被动安全和主动安全两方面：被动安全防护设有安全气囊、高强度车身等防护措施，通过减少事故发生时对乘客的冲击伤害来达到防护效果；主动安全技术包括以提高车辆的稳定性为主的底盘动力学控制，最为典型的是车身电子稳定性控制系统和四轮转向系统，其主要根据汽车的动力学原理，对汽车的内部构造和控制方案进行设计，实现对汽车运行姿态进行检测、修正、报警等方式来主动预防事故的产生，其中ABS、ASR等技术是主动安全技术典型的代表。早期，在汽车安全方面的研究主要集中在被动安全性方面，但随着社会发展，汽车越来越多，交通压力也日益变大，被动安全性方面的技术已不能很好的满足汽车安全性的要求，而以预防为核心的主动安全性己经成为如今交通的迫切要求，且已经成为了本世纪研究汽车安全性能的重点。汽车直接横摆力矩控制(简称DYC，DirectYaw-momentControl)的研究就是旨在淡化驾驶人员的操作技能对车辆运动安全性的影响，在车辆的各种行驶状态下通过对每个车轮的受力进行调节，产生横摆力矩，克服过多转向或不足转向，从而主动地对车辆进行动力学控制，提高汽车在高速和恶劣道路等极限条件下行驶时的操纵稳定性。现有技术中，中国专利CN107215329A公开了一种基于ATSM的分布式驱动电动汽车横向稳定性控制方法，该方法也是针对汽车横向动力学稳定性的控制方法，所用方法为二阶滑模变结构算法中的螺旋滑模控制算法，但是，没有考虑汽车参数不确定性因素，因此所设计的控制器在汽车速度发生较大变化时并不能保证稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于启发式算法的车辆横向稳定性控制方法，该方法能够提高汽车的操纵性能，改善汽车的横向稳定性能，降低汽车运行过程中发生危险情况的可能。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于启发式算法的车辆横向稳定性控制方法，包括下述步骤：步骤一，采集汽车的参数；需要采集的参数包括固有参数和实时参数，其中：固有参数：包括汽车总质量m，转动惯量Iz，前、后轴到汽车重心的距离lf、lr，以及前、后轮的侧偏刚度Cf、Cr；这些参数是汽车固有的，可提前采集并存储；实时参数：包括前轮转向角δ，汽车纵向速度vx，横摆角速度r，质心侧偏角β；这些参数中，前轮转向角可通过传感器采集方向盘转角，然后通过转向传动机构的参数来计算获得；横摆角速度可通过陀螺仪测算获得；车身纵向速度和质心侧偏角可通过状态参数估计器结合方向盘转角、横摆角速度、车身各方向加速度计算得到，车身各方向加速度可由陀螺仪得到；步骤二，利用汽车的参数，建立包含参数不确定性的汽车状态反馈控制模型；在该步骤中，首先建立汽车二自由度模型，根据牛顿力学定律，可得到以下方程：在上述方程中：Fyf＝Cfαf,Fyr＝Crαr其中，Cf、Cr分别为前后轮胎的侧偏刚度，αf,αr分别为前、后轮侧偏角；选取质心侧偏角β和横摆角速度r作为控制模型的状态变量，可得到如下汽车横向运动模型：其中：x＝[βr]T,u(t)＝ΔMz,w(t)＝δ,考虑上述模型中的车辆纵向速度vx为不确定参数，令q1＝1/vx,q2＝1/vx2，则系统可以描述为：其中：假设汽车纵向速度在一定在范围内变化，则qi在范围内变化，i＝1,2；则变量q的值就会在一个多胞体范围内变化，可以记为：其中：上式中，参数上部的横线表示可取的最大值，下部的横线表示可取的最小值；因为考虑纵向速度为不确定因素，因此假设纵向速度在一定范围内取值，如q1表示q1可取的最小值即纵向速度最大时，表示q1可取的最大值即纵向速度最小时；然后，考虑上述模型中的轮胎侧偏刚度为不确定参数，即有：Cf＝Cf0+ΔCf,Cr＝Cr0+ΔCr，其中Cf0，Cr0为基础值，ΔCf,ΔCr为不确定部分，且有ρf,ρr为时变的系数，且取值有|ρf|≤1,|ρr|≤1，为不确定量的最大值；基于以上分析，可得系统方程为：其中：ΔA,ΔB1可以表示为以下形式：ΔA＝HΓEa(q),ΔB1＝HΓEb(q),H＝[II],Γ＝diag{ρf,ρr}.Ea(q)＝[Eaf(q)Ear(q)]T,Eb(q)＝[Ebf(q)01×2]T，也可写为如下形式：为了获得更好的操纵性和稳定性，质心侧偏角应趋近于0，横摆角速度应趋近于以下参考值：其中Ku为车身相关的一个固有参数；选取系统输出变量为其中cβ,cr分别为两个被控变量的权重系数；C1＝diag{cβ,cr},D1(q)＝[0,-crq1/(lf+lr)Ku]T；设系统的状态反馈控制器为usf＝Ksf·x，则闭环系统可表示为：其中Asf＝A+B2Ksf；步骤三，求解状态反馈控制器增益矩阵Ksf；所述步骤二中建立了汽车控制系统模型，针对该系统模型，需要确定状态反馈增益矩阵Ksf的取值；选取H∞参数来表征输出z(t)，设||T1||∞表示系统的H∞增益，||z||2,||δ||2分别表示z和δ的二范数，由于实际情况中前轮转向角δ是有一定限度的，因此δ∈L2，L2表示前轮转向角的取值范围；此外，考虑控制力执行机构的饱和，控制力应满足条件||u||2≤umax；基于以上分析，通过求解以下两个线性矩阵不等式，即可解出Ksf：其中，umax和γ∞为给定的正标量，ε,η为需要求解的正标量，W和X为需要求解的矩阵变量，且X为正定对称矩阵，i＝1,2,3,4.，通过求解出W和X，可得Ksf＝WX-1；步骤四，建立汽车输出反馈的控制模型，并求解输出反馈控制器；类似步骤二，考虑静态输出反馈控制器u＝Ksof·y＝KsofCyx(t)，C_y＝diag{0,1}，则闭环系统可表达为：其中Asof＝A(q)+B2KsofCy.，其余参数与步骤二中相同；然后求解以下线性矩阵不等式：其中：ζi＝[K0-I]T[LiCy0-F],γ∞为给定的正标量，K＝Ksf，Ksf为步骤三中求解出的状态反馈控制增益矩阵，λ为需求解的正标量，Li,F,P为需求解的适当维度的矩阵变量，且P为正定对称矩阵，i＝1,2,3,4.最终可得输出反馈控制增益为：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于启发式算法的车辆横向稳定性控制方法，其特征在于，包括下述步骤：/n步骤一，采集汽车的参数；/n需要采集的参数包括固有参数和实时参数，其中：/n固有参数：包括汽车总质量m，转动惯量I

【技术特征摘要】
1.一种基于启发式算法的车辆横向稳定性控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一，采集汽车的参数；
需要采集的参数包括固有参数和实时参数，其中：
固有参数：包括汽车总质量m，转动惯量Iz，前、后轴到汽车重心的距离lf、lr，以及前、后轮的侧偏刚度Cf、Cr；这些参数是汽车固有的，可提前采集并存储；
实时参数：包括前轮转向角δ，汽车纵向速度vx，横摆角速度r，质心侧偏角β；这些参数中，前轮转向角可通过传感器采集方向盘转角，然后通过转向传动机构的参数来计算获得；横摆角速度可通过陀螺仪测算获得；车身纵向速度和质心侧偏角可通过状态参数估计器结合方向盘转角、横摆角速度、车身各方向加速度计算得到，车身各方向加速度可由陀螺仪得到；
步骤二，利用汽车的参数，建立包含参数不确定性的汽车状态反馈控制模型；
在该步骤中，首先建立汽车二自由度模型，根据牛顿力学定律，可得到以下方程：






在上述方程中：
Fyf＝Cfαf,Fyr＝Crαr



其中，Cf、Cr分别为前后轮胎的侧偏刚度，αf,αr分别为前、后轮侧偏角；
选取质心侧偏角β和横摆角速度r作为控制模型的状态变量，可得到如下汽车横向运动模型：



其中：
x＝[βr]T,u(t)＝ΔMz,w(t)＝δ,



考虑上述模型中的车辆纵向速度vx为不确定参数，令q1＝1/vx,q2＝1/vx2，则系统可以描述为：



其中：



假设汽车纵向速度在一定在范围内变化，则qi在范围内变化，i＝1,2；则变量q的值就会在一个多胞体范围内变化，可以记为：



其中：






上式中，参数上部的横线表示可取的最大值，下部的横线表示可取的最小值；因为考虑纵向速度为不确定因素，因此假设纵向速度在一定范围内取值，如q1表示q1可取的最小值即纵向速度最大时，表示q1可取的最大值即纵向速度最小时；
然后，考虑上述模型中的轮胎侧偏刚度为不确定参数，即有：
Cf＝Cf0+ΔCf,Cr＝Cr0+ΔCr，
其中Cf0，Cr0为基础值，ΔCf,ΔCr为不确定部分，且有ρf,ρr为时变的系数，且取值有|ρf|≤1,|ρr|≤1，为不确定量的最大值；
基于以上分析，可得系统方程为：



其中：






ΔA,ΔB1可以表示为以下形式：
ΔA＝HΓEa(q),ΔB1＝HΓEb(q)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李攀硕，李鹏旭，鲁仁全，李鸿一，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44