极限工况下基于稳定区域的车辆侧向稳定性控制方法技术

本发明专利技术公开了一种极限工况下基于稳定区域的车辆侧向稳定性控制方法，首先进行车辆侧向稳定区域的辨识与绘制，建立描述车辆侧向运动的非线性模型并进行局部线性化，并分别得到车辆侧向稳定条件和可控条件，进而得到车辆侧向稳定边界和可控边界，绘制由质心侧偏角和横摆角速度组成的稳定区域；然后建立车辆参考模型，得到质心侧偏角参考值和横摆角速度参考值，设计模型预测控制器；最后以车辆侧向稳定区域作为模型预测控制器的状态约束，跟踪车辆参考模型输出的质心侧偏角参考值和横摆角速度参考值，将模型预测控制器得到的输出作用于车辆，对车辆进行稳定性控制，使得车辆在处于附着极限时可以稳定安全行驶。

Vehicle lateral stability control method based on stability region under limit condition

【技术实现步骤摘要】
极限工况下基于稳定区域的车辆侧向稳定性控制方法
本专利技术涉及一种极限工况下基于实时稳定边界对车辆进行侧向稳定性控制的方法，更具体地说，本专利技术涉及实时变化的稳定边界辨识，以此作为约束，设计了一种基于实时稳定边界的MPC控制算法，属于车辆安全控制

技术介绍
随着科技的高速发展，汽车已经成为人们出行的必备交通工具，而随着汽车的大量普及，提高车辆在行驶过程中的安全性并且减少交通事故成为汽车发展的重大主题。车辆在极限工况下很容易因为道路的问题而加大恶性交通事故发生的可能，保证车辆安全稳定运行尤为重要。现有的稳定区域以及基于稳定边界的控制存在以下问题：1.在对稳定区域进行估计时，传统的相平面方法只依靠车辆状态，即不区分车辆和轮胎稳定性，从而忽视了模型中的轮胎力，这就导致了生成的稳定区域会产生不可靠的安全评价。2.由于车辆是一个复杂的非线性系统，在轮胎—路面附着极限下，线性的车辆动力学模型很难描述轮胎的非线性，因此需要使用精度更高的非线性动力学模型作为控制器设计的基础。3.MPC采用的固定状态约束具有一定的保守性，无法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极限工况下基于稳定区域的车辆侧向稳定性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、车辆侧向稳定区域的辨识与绘制/n1.1)建立描述车辆侧向运动的非线性模型；/n1.2)将步骤1.1)建立的非线性模型进行局部线性化，并分别得到车辆侧向稳定条件和可控条件；/n1.3)根据车辆侧向稳定条件和可控条件分别得到车辆侧向稳定边界和可控边界，绘制由质心侧偏角和横摆角速度组成的稳定区域；/n步骤二、基于稳定边界的模型预测控制器的设计/n2.1)建立描述车辆侧向运动的二自由度模型；/n2.2)建立车辆参考模型；从所述二自由度模型输出前轮转角给车辆参考模型，得到质心侧偏角参考值和横摆角速度参考值；/n...

【技术特征摘要】
1.一种极限工况下基于稳定区域的车辆侧向稳定性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、车辆侧向稳定区域的辨识与绘制
1.1)建立描述车辆侧向运动的非线性模型；
1.2)将步骤1.1)建立的非线性模型进行局部线性化，并分别得到车辆侧向稳定条件和可控条件；
1.3)根据车辆侧向稳定条件和可控条件分别得到车辆侧向稳定边界和可控边界，绘制由质心侧偏角和横摆角速度组成的稳定区域；
步骤二、基于稳定边界的模型预测控制器的设计
2.1)建立描述车辆侧向运动的二自由度模型；
2.2)建立车辆参考模型；从所述二自由度模型输出前轮转角给车辆参考模型，得到质心侧偏角参考值和横摆角速度参考值；
2.3)设计模型预测控制器，预测模型的状态变量由质心侧偏角和横摆角速度组成，控制量为前轮转角和附加横摆力矩；
步骤三、通过模型预测控制器进行车辆侧向稳定性控制：以步骤一得到的车辆侧向稳定区域作为模型预测控制器的状态约束，跟踪车辆参考模型输出的质心侧偏角参考值和横摆角速度参考值，将模型预测控制器得到的输出作用于车辆，对车辆进行稳定性控制。


2.如权利要求1所述的一种极限工况下基于稳定区域的车辆侧向稳定性控制方法，其特征在于，所述步骤1.1)建立的非线性模型包括：
(1)非线性车辆侧向动力学模型：






其中，和分别表示车辆的质心侧偏角的导数和车辆的横摆角速度的导数；mv是车辆质量；Vx是车辆速度；β是质心侧偏角；r是横摆角速度；Fyfl,Fyfr分别是前轮左右侧向力；Fyrl,Fyrr分别是后轮左右侧向力；δf是前轮转角；Iz是车辆绕质心旋转的转动惯量；lf是质心到前轴的距离；lr是质心到后轴的距离；ls是车轮左轴到右轴的距离的一半；
(2)非线性轮胎模型：



其中，Fy是轮胎侧向力；μ为路面附着系数；Fz为垂直载荷；轮胎侧偏刚度Cα，可分为前轮侧偏刚度Cf和后轮侧偏刚度Cr；α为轮胎侧偏角。


3.如权利要求2所述的一种极限工况下基于稳定区域的车辆侧向稳定性控制方法，其特征在于，所述步骤1.2)中，对非线性模型进行局部线性化包括：
将所述非线性车辆侧向动力学模型表示为：



其中，和分别表示质心侧偏角和横摆角速度导数的线性化点；和分别是增量部分；βo,ro,δfo分别是质心侧偏角、横摆角速度和前轮转角的线性化点；
通过泰勒展开的形式将非线性车辆侧向动力学模型线性化：









其中，Ao表达式为：



将Ao的各部分进行展开，得到以下公式：












Bo表达式为：



将Bo的各部分进行展开，得到以下公式：






Cαfl和Cαfr分别是前轮左右轮胎侧偏刚度；Cαrl和Cαrr分别是后轮左右轮胎侧偏刚度。


4.如权利要求3所述的一种极限工况下基于稳定区域的车辆侧向稳定性控制方法，其特征在于，所述步骤1.2)中，车辆侧向稳定条件和可控条件分别为：
(1)由Ao的特征值确定系统的稳定性，Ao的特征值计算如下：



其中，一次项和常数项前的系数可以表示为：
p1＝-Ao11-Ao22
p0＝Ao11Ao22-Ao12Ao21
稳定条件是：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王萍，张曦月，丁晓东，陈虹，胡云峰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22