一种转向和扭矩矢量一体化车辆稳定性控制方法技术

本发明专利技术提供一种转向和扭矩矢量一体化车辆稳定性控制方法，属于车辆稳定性控制技术领域。所述方法包括：确定轮胎纵向力等效规则，对构建的三自由度车辆动力学模型进行简化，得到车辆动力学等效简化模型，根据得到的车辆动力学等效简化模型和UniTire轮胎模型构建控制器模型；线性化控制器模型，得到线性时变的等效简化控制器模型；构建等效简化控制器模型的一体化MPC车辆稳定性控制器；根据构建的一体化MPC路径跟踪控制器和车轮旋转动力学模型，对车辆稳定性控制问题进行求解，得到车辆的前轮转角和四个车轮的矢量扭矩，实现车辆的稳定性控制。采用本发明专利技术，能够解决现有的一体化车辆稳定性控制方法导致的车辆速度下降、计算负担重、实时性差的问题。实时性差的问题。实时性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种转向和扭矩矢量一体化车辆稳定性控制方法


[0001]本专利技术涉及车辆稳定性控制
，特别是指一种转向和扭矩矢量一体化车辆稳定性控制方法。

技术介绍

[0002]过去十年中，全球道路安全状况持续恶化。交通事故每年在全世界造成约135万人死亡和约1.85万亿美元的经济损失。另外，研究表明在中、高速发生的交通事故中，四成与车辆失稳有关。减少交通事故、提高车辆稳定性成为现代汽车工业发展的重要内容和方向。为了提高车辆的稳定性，主动前轮转向控制(AFS)、四轮转向控制(4WS)和电子稳定性控制系统(ESC)等稳定性控制方法被提出和应用。然而，由于单一的控制方法并不能满足极限工况下的控制需求，一些集成控制方案开始得到研究和发展。其中，AFS和ESC集成的控制方案应用最为广泛。
[0003]目前，AFS和ESC集成的车辆稳定性控制方法多采用分层式控制结构，即，控制器首先计算前轮转角和附加横摆力矩，然后根据分配规则将附加横摆力矩分配给相应的车轮进行制动。由于分层式控制方法在求解前轮转角和附加横摆力矩时不能考虑制动执行机构的物理约束，因此无法确保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转向和扭矩矢量一体化车辆稳定性控制方法，其特征在于，包括：构建三自由度车辆动力学模型、车轮旋转动力学模型以及UniTire轮胎模型；确定轮胎纵向力等效规则，对构建的三自由度车辆动力学模型进行简化，得到车辆动力学等效简化模型，根据得到的车辆动力学等效简化模型和UniTire轮胎模型构建控制器模型；对控制器模型进行线性化，得到线性时变的等效简化控制器模型；构建基于线性时变的等效简化控制器模型的一体化MPC车辆稳定性控制器；根据构建的一体化MPC路径跟踪控制器和车轮旋转动力学模型，对车辆稳定性控制问题进行求解，得到车辆的前轮转角和四个车轮的矢量扭矩，实现车辆的稳定性控制。2.根据权利要求1所述的转向和扭矩矢量一体化车辆稳定性控制方法，其特征在于，构建的三自由度车辆动力学模型表示为：建的三自由度车辆动力学模型表示为：建的三自由度车辆动力学模型表示为：其中，V
x
为纵向速度，V
y
为侧向速度，γ为横摆角速度，为横摆角加速度，分别表示纵向加速度和侧向加速度，F
x,ij
和F
y,ij
分别为纵向和侧向轮胎力，下标ij＝fl、fr、rl、rr，fl，fr，rl和rr分别指左前、右前、左后和右后车轮，δ
f
为前轮转角，m为车辆质量，l
f
和l
r
分别是车辆质心至前、后轴的距离，w为轮距，I
z
为横摆转动惯量；构建的车轮旋转动力学模型表示为：其中，J
z
为车轮转动惯量，表示车轮旋转角加速度，R
e,ij
为有效滚动半径，T
b,ij
为制动扭矩，下标ij＝fl、fr、rl、rr，fl，fr，rl和rr分别指左前、右前、左后和右后车轮；假设同一车轮上的驱动扭矩和制动扭矩不同时存在，所述车轮旋转动力学模型等价为：其中，T
x,ij
为矢量扭矩，T
x,ij
大于0时，视为驱动扭矩，T
x,ij
小于0时，视为制动扭矩；构建的UniTire轮胎模型表示为：其中，f
y
(
·
)和f
x
(
·
)表示UniTire轮胎模型计算过程，μ
ij
为各轮胎所在路面的附着系数，轮胎侧偏角α
ij
、滑移率κ
ij
和轮胎载荷F
z,ij
表示为：
其中，g、h
g
分别表示重力加速度和质心高度。3.根据权利要求1所述的转向和扭矩矢量一体化车辆稳定性控制方法，其特征在于，所述确定轮胎纵向力等效规则，对构建的三自由度车辆动力学模型进行简化，得到车辆动力学等效简化模型，根据得到的车辆动力学等效简化模型和UniTire轮胎模型构建控制器模型包括：确定轮胎附着力F
ij
：F
ij
＝μ
ij
F
z,ij
其中，μ
ij
为各轮胎所在路面的附着系数；F
z,ij
表示轮胎载荷，下标ij＝fl、fr、rl、rr，fl，fr，rl和rr分别指左前、右前、左后和右后车轮；根据确定的轮胎附着力F
ij
，确定前、后轮胎附着力之比R
j
：其中，下标fj＝fl、fr，下标rj＝rl、rr；将前、后轮胎可用的纵向轮胎力之比近似为：其中，F
x,fj
和F
x,rj
分别为前、后轮胎可用的纵向轮胎力；则后轮胎可用的纵向轮胎力表示为：
将式代入构建的三自由度车辆动力学模型，得到车辆动力学等效简化模型：代入构建的三自由度车辆动力学模型，得到车辆动力学等效简化模型：代入构建的三自由度车辆动力学模型，得到车辆动力学等效简化模型：其中，V
x
为纵向速度，V
y
为侧向速度，γ为横摆角速度，为横摆角加速度，分别表示纵向加速度和侧向加速度，F
x,ij
和F
y,ij
分别为纵向和侧向轮胎力，下标ij＝fl、fr、rl、rr，fl，fr，rl和rr分别指左前、右前、左后和右后车轮，δ
f
为前轮转角，m为车辆质量，l
f
和l
r
分别是车辆质心至前、后轴的距离，w为轮距，I
z
为横摆转动惯量，R
l
和R
r
分别表示修正后的左侧和右侧车轮的前后纵向力之比；根据构建的车辆动力学等效简化模型和UniTire轮胎模型，确定控制器模型：其中，是ξ关于时间的一阶导数，函数f
u(t)
(
·
)表示ξ(t)、u(t)与的函数关系，t表示时域，状态变量ξ＝[γ,V
y
,V
x
]
T
，控制输出ζ＝[γ,V
y
,V
x
]
T
，控制输入u＝[δ
f
,F
x,fl
,F
x,fr
,F
x,rl
,F
x,rr
]
T
，输出映射h为：4.根据权利要求3所述的转向和扭矩矢量一体化车辆稳定性控制方法，其特征在于，得到的线性时变的等效简化控制器模型表示为：其中，A、B分别表示状态矩阵和控制输入矩阵，
△
ξ和
△
u分别表示ξ和u的增量，t
‑
1表示在时域中相对当前时刻t的前一时刻，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国栋，孟宇，刘立，顾青，董国新，郑淏清，白国星，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：