一种主动前轮转向控制器的设计方法技术

本发明专利技术涉及车辆主动安全控制领域，特别是一种主动前轮转向控制器的设计方法。该方法包括如下步骤：S1：确定车辆模型的基本运动方程和状态空间方程；S2：根据车辆模型获得期望横摆角速度ω

【技术实现步骤摘要】
一种主动前轮转向控制器的设计方法


[0001]本专利技术涉及车辆主动安全控制领域，特别是一种主动前轮转向控制器的设计方法。

技术介绍

[0002]随着人们生活水平的不断提高，我国居民汽车保有量不断上升，与此同时，我国交通事故发生率也在逐年增加。相关调查发现，汽车失去横向稳定性是导致交通事故频发的一大诱因；驾驶员根据自身驾驶经验，往往难以准确判断出车辆是否处于危险的不稳定状态。如果车辆本身能够及时发现危险状态并对驾驶员加以预警，或判断出危险状态后能够进行主动横向稳定控制，则大多数交通事故都能够被避免。这就是车辆主动安全控制
的最新研究方向之一，也是车辆自动驾驶技术的一个重要基础，目前各汽车厂商和研究机构在该领域已经取得中大量技术成果。
[0003]有效判定车辆横向稳定状态避免车辆失控，对保证驾驶员安全有着重要意义。但是现有技术中，对车辆运行过程的横向稳定状态的识别依然存在诸多问题。一方面，现有的基于横向稳定性数据集的分类方法，往往难以确定初始聚类中心，数据的处理难度较高，对系统造成计算负担；同时，处理结果无法准确反应汽车实时的运行状态，也会影响对车辆稳定性的精准判定。另一方面，传统横向稳定性判定方法未全面考虑影响车辆横向稳定性的参数，只针对某几个表征车辆横向稳定性的特征量进行分析得到横向稳定性判据，数据基础相对较弱，选取的特征量往往不能全面体现出车辆的横向稳定状态。论文【基于相平面法的车辆行驶稳定性判定方法[J].刘飞,熊璐,邓律华,et al.华南理工大学学报(自然科学版),2014,42(11)】公开了一种车辆行驶稳定性的判断方法，该方法依据相平面分析的方法建立了质心侧偏角
‑
质心侧偏角速度相图，采用了经过改进的五特征值菱形法划分出了车辆的横向稳定性区域，基于Matlab编程环境画出车辆行驶全工况相平面图。该技术方案就存在如上所述的各项缺陷。
[0004]此外，特征参数的采集和处理均会提高车辆的硬件成本和运行成本；因此对车辆的运行特征信息的采集还应考虑其对车辆横向稳定性准确判定的贡献度，从而确定最必要且有效的车辆运行特征数据，这也是需要解决的问题之一。
[0005]在解决车辆横向稳定性识别的基础上，还需要选择更有效的车辆控制方法，有针对性地对车辆横向稳定性的失稳状态进行调节和控制，并根据车辆稳定性状态的不同类型，有针对性地执行调控策略，获得更好的调控效果。显然地，通过现有的主动前轮转向控制(AFS)和直接横摆力矩控制(DYC)简单协调的方式实现上述目标还存在一定的难度，因此还需要基于车辆横向稳定性识别结果设计一种更有效的AFS和DYC结合的控制方式。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术中的问题，本专利技术提供的一种主动前轮转向控制器的设计方法，基于该方法设计的控制器可以提高车辆转向系统的响应速度，能够适应车辆稳定性状态，
在干扰较大，稳定性较差的情况下稳定住车辆。
[0007]本专利技术提供的技术方案如下：
[0008]一种主动前轮转向控制器的设计方法，该设计方法包括如下步骤：
[0009]S1：基于2自由度线性车辆模型，假设前轮转角较小且车速恒定，确定车辆模型的基本运动方程和状态空间方程；
[0010]S2：根据车辆模型获得期望横摆角速度ω
d
和期望侧偏角β
d
；
[0011]S3：考虑路面附着系数μ的影响，对最大期望横摆角速度ω
d max
和最大期望侧偏角β
d max
进行修正；
[0012]S4：设定车辆横摆角速度和质心侧偏角的联合偏差e1，并在切换函数中引入积分项，得到滑模切换函数s1；
[0013]S5：对积分滑模切换函数求一阶导数，得到滑模切换函数的一阶导函数并对一阶导函数进行简化；
[0014]S6：把二自由度动力学方程带入到所述滑模切换函数的一阶导函数中，在保证滑模到达条件成立的条件下，计算出车辆的切换控制转角u
sw
和等效控制转角u
eq
，最终的主动前轮转向控制器的控制转角为δ
AFS
＝u
sw
+u
eq
。
[0015]进一步地，步骤S1中，车辆模型的基本运动方程为：
[0016][0017]上式中：β为侧偏角；为侧偏角速度，I
z
为汽车绕z轴转动惯量；ω为横摆角速度，为横摆角加速度；k1为前轮胎的总侧偏刚度；k2为后轮胎的总侧偏刚度；u为汽车纵向车速；δ
f
为前轮转角；a为质心至前轴的距离；b为质心至后轴的距离；m为汽车质量；
[0018]状态空间方程为：
[0019][0020]方程中，
[0021][0022][0023]C＝[1 1]，
[0024]上述矩阵中，
[0025][0026][0027][0028]进一步地，步骤S2中，基于车辆模型得到的期望横摆角速度ω
d
和期望侧偏角β
d
分别如下式所示：
[0029][0030]其中，
[0031][0032]上式中，L为车辆轴距；v为车辆侧向速度；u为汽车纵向车速；δ
f
为前轮转角；a为质心至前轴的距离；b为质心至后轴的距离；m为汽车质量；k1为前轮胎的总侧偏刚度；k2为后轮胎的总侧偏刚度。
[0033]进一步地，步骤S3中，考虑到路面摩擦系数的影响后，最大期望横摆角速度ω
d max
和最大期望侧偏角β
d max
修正后的计算公式如下：
[0034][0035]上式中，μ为路面摩擦系数，u为汽车纵向车速，a为质心至前轴的距离；b为质心至后轴的距离；m为汽车质量；L为车辆轴距。
[0036]进一步地，步骤S5中，车辆横摆角速度和质心侧偏角联合偏差e1的计算公式如下：
[0037]e1＝(ω
d
‑
ω)+η(β
d
‑
β)；
[0038]上式中，ω为横摆角速度；ω
d
期望横摆角速度；β
d
为期望侧偏角；β为侧偏角；η是系统调节参数，η为取值为正的常数，代表质心侧偏角和横摆角速度参与控制的比例。
[0039]进一步地，积分滑模切换函数为：
[0040][0041]上式中，e1为车辆横摆角速度和质心侧偏角联合偏差；t为时间；c为滑模控制调节参数；则滑模切换函数为：
[0042][0043]上式中，ω为横摆角速度；ω
d
期望横摆角速度；β
d
为期望侧偏角；β为侧偏角；t为时间；c为滑模控制调节参数。
[0044]进一步地，步骤S5中，滑模切换函数的一阶导函数为：
[0045][0046]其中，为了简化表达式，假设存在一个变量Ω，令
[0047]Ω＝c[(ω
d
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动前轮转向控制器的设计方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：基于2自由度线性车辆模型，假设前轮转角较小且车速恒定，确定车辆模型的基本运动方程和状态空间方程；S2：根据车辆模型获得期望横摆角速度ω
d
和期望侧偏角β
d
；S3：考虑路面附着系数μ的影响，对最大期望横摆角速度ω
dmax
和最大期望侧偏角β
dmax
进行修正；S4：设定车辆横摆角速度和质心侧偏角的联合偏差e1，并在切换函数中引入积分项，得到滑模切换函数s1；S5：对积分滑模切换函数求一阶导数，得到滑模切换函数的一阶导函数并对一阶导函数进行简化；S6：把二自由度动力学方程带入到所述滑模切换函数的一阶导函数中，在保证滑模到达条件成立的条件下，计算出车辆的切换控制转角u
sw
和等效控制转角u
eq
，最终的主动前轮转向控制器的控制转角为δ
AFS
＝u
sw
+u
eq
。2.如权利要求1所述的主动前轮转向控制器的设计方法，其特征在于：所述步骤S1中，车辆模型的基本运动方程为：上式中：β为侧偏角；为侧偏角速度，I
z
为汽车绕z轴转动惯量；ω为横摆角速度，为横摆角加速度；k1为前轮胎的总侧偏刚度；k2为后轮胎的总侧偏刚度；u为汽车纵向车速；δ
f
为前轮转角；a为质心至前轴的距离；b为质心至后轴的距离；m为汽车质量；状态空间方程为：方程中，方程中，C＝[1 1]，上述矩阵中，
3.如权利要求2所述的主动前轮转向控制器的设计方法，其特征在于：所述步骤S2中，基于车辆模型得到的期望横摆角速度ω
d
和期望侧偏角β
d
分别如下式所示：其中，上式中，L为车辆轴距；v为车辆侧向速度；u为汽车纵向车速；δ
f
为前轮转角；a为质心至前轴的距离；b为质心至后轴的距离；m为汽车质量；k1为前轮胎的总侧偏刚度；k2为后轮胎的总侧偏刚度。4.如权利要求3所述的主动前轮转向控制器的设计方法，其特征在于：所述步骤S3中，考虑到路面摩擦系数的影响后，最大期望横摆角速度ω
dmax
和最大期望侧偏角β
dmax
修正后...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏振亚，汪洪波，张先锋，崔国良，丁雨康，
申请(专利权)人：安徽卡思普智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：