一种基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展方法和系统。该方法包括：根据当前车辆状态与期望车辆状态偏差计算期望附加横摆力偶矩；根据附加横摆力偶矩和附加纵向力及其期望值分配不同车轮所需要提供的纵向力；利用车轮的滑移率修正车轮所需提供的纵向力；根据修正后的车轮所需提供的纵向力协调制动系统在车轮上的制动压力与发动机输出扭矩，产生作用在车轮上的纵向力。该方法使驱动轮充分利用了驱动力和路面附着力，提高了在一定附着条件下的附加横摆力偶矩上限值，扩展了车辆横摆姿态的调节范围。该方法使只装备传统驱动系统的车辆能够在驱动轴的不同车轮上实现不同的驱动/制动力，使得车辆的纵向力可控，进而能够调节车辆速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展方法和系统
本专利技术涉及汽车安全
，尤其涉及一种基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展方法和系统。
技术介绍
电子稳定控制系统(ESC)是现有的汽车主动安全系统的重要组成部分，其重要功能之一为横摆稳定性控制(anti-yawcontrol，AYC)。现有的横摆稳定性控制系统中，其通过传感器直接测得或进一步计算整车的状态，如横摆角速度和质心侧偏角，进而计算车辆的转向过度或转向不足状态。当车辆出现转向不足状态时，通过内侧车轮进行制动产生附加横摆力偶矩，进而修正车辆运动姿态；当车辆出现转向过度状态时，通过外侧车轮进行制动产生附加横摆力偶矩，进而修正车辆运动姿态。但由于路面附着的限制，附加横摆力偶矩存在一定上限，即调节范围是有限的，在极端工况下即使施加了最大附加横摆力偶矩，车辆仍可能失稳；且由于只对车轮施加制动，该方法的使用必然导致车辆速度的下降，无法保持车辆速度或使车辆加速。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的一方面涉及一种基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展方法，包括：根据当前车辆状态与期望车辆状态偏差计算期望附加横摆力偶矩；根据附加横摆力偶矩和附加纵向力及其期望值分配不同车轮所需要提供的纵向力；利用车轮的滑移率修正所述车轮所需提供的纵向力；根据修正后的所述车轮所需提供的纵向力协调制动系统在车轮上的制动压力与发动机输出扭矩，产生作用在车轮上的纵向力。优选地，所述期望附加横摆力偶矩按照如下公式计算：其中eβ＝β-βd，er＝r-rd，其中，eβ为车身侧偏角偏差，er为横摆角速度偏差，β为当前车身侧偏角，βd为期望车身侧偏角，r为当前横摆角速度，rd为期望横摆角速度，kp,ki,kd为PID控制器的参数。优选地，所述根据附加横摆力偶矩和附加纵向力及其期望值分配不同车轮所需要提供的纵向力，包括：分配左右侧车轮的纵向力Fl、Fr，使附加横摆力偶矩M、附加纵向力Fx与期望值的偏差最小：Fx＝Fl+Fr根据路面附着力分配左侧和右侧各车轮所需提供的纵向力：式中，各符号的含义为：*＝l、r，l表示左侧车轮,r表示右侧车轮；Fl为左侧车轮的纵向力，Fr为右侧车轮的纵向力，M为附加横摆力偶矩，Fx为附加纵向力，Md为期望附加横摆力偶矩，为期望附加纵向力；q1为附加横摆力偶矩偏差的权重，q2为附加纵向力偏差的权重；为左侧各车轮所提供的纵向力下限，为左侧各车轮所提供的纵向力上限，为右侧各车轮所提供的纵向力下限，为右侧各车轮所提供的纵向力上限，i＝1,2..n，il表示左侧第一、第二…第n车轮，ir表示右侧第一、第二…第n车轮，a表示驱动力或制动力。优选地，所述利用车轮的滑移率修正所述车轮所需提供的纵向力，包括：判断车辆是否发生严重侧滑，如果车辆未发生严重侧滑，则判断滑移率是否有偏差，如果滑移率无偏差，则车轮为S1状态，如果即车轮处于驱动状态，则车轮为S2状态，按照如下公式进行驱动滑移率调节：其中，为修正的所述车轮所需提供的纵向力，为分配的车轮所需要提供的纵向力，λi为车轮滑移率，为第一滑移率阈值，eλ＝λ-λd为滑移率偏差，λd为期望滑移率，λ为当前滑移率，kp2,ki2,kd2为车轮参数；如果即车轮处于制动状态，则车轮为S3状态，按照如下公式进行制动滑移率调节：其中，为第二滑移率阈值；如果在S2状态下，即修正的车轮所需提供的驱动力大于分配的车轮所需要提供的驱动力，则进入S1状态；如果在S3状态下，即修正的车轮所需提供的制动力大于分配的车轮所需要提供的制动力，则进入S1状态；如果车辆发生严重侧滑，则计算前轮的期望滑移率，并请求前轮滑移率控制，进入S4状态，按照S2状态的方式调节；如果在S4状态下，退出前轮滑移率控制，则进入S1状态。优选地，当车辆当前侧偏角与期望侧偏角的偏差大于阈值时，车辆出现严重侧滑；按照如下公式计算所述前轮的期望滑移率：其中，er2＝|β|-|βd|，为车辆当前侧偏角与期望侧偏角的偏差，kp2,ki2,kd2为车轮参数；当纵向车速大于阈值或车辆当前侧偏角与期望侧偏角的偏差小于阈值时，车辆侧滑可控或被抑制，退出前轮滑移率控制。优选地，还包括步骤：对当前车辆状态和路面状态进行估计，包括对滑移率、车轮最大纵向力、附加横摆力偶矩上限值、路面附着力、车身侧偏角、纵向速度、前轮转角进行估计。优选地，还包括步骤：根据当前车辆状态计算期望车辆状态，包括利用方向盘转角δ，纵向车速vx和路面附着力μ计算期望横摆角速度rd和期望车身侧偏角βd。本专利技术的另一方面涉及一种基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展系统，包括：期望附加横摆力偶矩计算模块，用于根据当前车辆状态与期望车辆状态偏差计算期望附加横摆力偶矩；车轮纵向力分配模块，用于根据附加横摆力偶矩和附加纵向力及其期望值分配不同车轮所需要提供的纵向力；滑移率控制模块，用于利用车轮的滑移率修正所述车轮所需提供的纵向力；驱动与制动力控制模块，用于根据修正后的所述车轮所需提供的纵向力协调制动系统在车轮上的制动压力与发动机输出扭矩，产生作用在车轮上的纵向力。优选地，还包括：主动驱动控制模块，用于判断车辆是否发生严重侧滑，如果车辆发生严重侧滑，则计算前轮的期望滑移率，并请求前轮滑移率控制，如果车辆侧滑可控或被抑制，请求退出前轮滑移率控制。优选地，还包括：状态估计模块，用于对当前车辆状态和路面状态进行估计，包括对滑移率、车轮最大纵向力、附加横摆力偶矩上限值、路面附着力、车身侧偏角、纵向速度、前轮转角进行估计；参考模型模块，用于根据当前车辆状态计算期望车辆状态，包括利用方向盘转角δ，纵向车速vx和路面附着力μ计算期望横摆角速度rd和期望车身侧偏角βd。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展方法和系统，使驱动轮充分利用了驱动力和路面附着力，提高了在一定附着条件下的附加横摆力偶矩上限值，扩展了车辆横摆姿态的调节范围。该可调范围的扩展除了能够扩展AYC的可调范围，亦适用于其他需要使用附加横摆力偶进行车辆姿态调节的场合，如防侧滚控制、路径跟随等。另外，该方案使只装备传统驱动系统的车辆能够在驱动轴的不同车轮上实现不同的驱动/制动力，使得车辆的纵向力可控，进而能够调节车辆速度。附图说明图1为本专利技术所述基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展方法流程示意图；图2为本专利技术所述基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展系统结构示意图；图3为本专利技术所述利用车轮滑移率对分配的车轮纵向力进行修正的方法示意图；图4为本专利技术所述进行前轮滑移率控制导致车轮摩擦力方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展方法，其特征在于，包括：/n根据当前车辆状态与期望车辆状态偏差计算期望附加横摆力偶矩；/n根据附加横摆力偶矩和附加纵向力及其期望值分配不同车轮所需要提供的纵向力；/n利用车轮的滑移率修正所述车轮所需提供的纵向力；/n根据修正后的所述车轮所需提供的纵向力协调制动系统在车轮上的制动压力与发动机输出扭矩，产生作用在车轮上的纵向力。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展方法，其特征在于，包括：
根据当前车辆状态与期望车辆状态偏差计算期望附加横摆力偶矩；
根据附加横摆力偶矩和附加纵向力及其期望值分配不同车轮所需要提供的纵向力；
利用车轮的滑移率修正所述车轮所需提供的纵向力；
根据修正后的所述车轮所需提供的纵向力协调制动系统在车轮上的制动压力与发动机输出扭矩，产生作用在车轮上的纵向力。


2.如权利要求1所述的基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展方法，其特征在于，所述期望附加横摆力偶矩按照如下公式计算：



其中






eβ＝β-βd，
er＝r-rd，
其中，eβ为车身侧偏角偏差，er为横摆角速度偏差，β为当前车身侧偏角，βd为期望车身侧偏角，r为当前横摆角速度，rd为期望横摆角速度，kp，ki，kd为PID控制器的参数。


3.如权利要求1所述的基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展方法，其特征在于，所述根据附加横摆力偶矩和附加纵向力及其期望值分配不同车轮所需要提供的纵向力，包括：
分配左右侧车轮的纵向力Fl、Fr，使附加横摆力偶矩M、附加纵向力Fx与期望值的偏差最小：






Fx＝Fl+Fr






根据路面附着力分配左侧和右侧各车轮所需提供的纵向力：



式中，各符号的含义为：
*＝1、r，l表示左侧车轮，r表示右侧车轮；
Fl为左侧车轮的纵向力，Fr为右侧车轮的纵向力，M为附加横摆力偶矩，Fx为附加纵向力，Md为期望附加横摆力偶矩，为期望附加纵向力；q1为附加横摆力偶矩偏差的权重，q2为附加纵向力偏差的权重；

为左侧各车轮所提供的纵向力下限，为左侧各车轮所提供的纵向力上限，为右侧各车轮所提供的纵向力下限，为右侧各车轮所提供的纵向力上限，i＝1，2..n，il表示左侧第一、第二...第n车轮，ir表示右侧第一、第二...第n车轮，a表示驱动力或制动力。


4.如权利要求1所述的基于驱制动协同控制的车辆操纵极限扩展方法，其特征在于，所述利用车轮的滑移率修正所述车轮所需提供的纵向力，包括：
判断车辆是否发生严重侧滑，如果车辆未发生严重侧滑，则判断滑移率是否有偏差，
如果滑移率无偏差，则车轮为S1状态，
如果即车轮处于驱动状态，则车轮为S2状态，按照如下公式进行驱动滑移率调节：



其中，为修正的所述车轮所需提供的纵向力，为分配的车轮所需要提供的纵向力，λi为车轮滑移率，为第一滑移率阈值，eλ＝λ-λd为滑移率偏差，λd为期望滑移率，λ为当前滑移率，kp2，ki2，kd2为车轮参数；
如果即车轮处于制动状态，则车轮为S3状态，按照如下公式进行制动滑移率调节：



其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏凌涛，李亮，王翔宇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11