汽车底盘域三层控制架构及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种汽车底盘域三层控制架构及其控制方法，其中的汽车底盘域三层控制架构包括车辆状态估计层、实时控制决策层和协调控制执行层，车辆状态估计层用于读取车辆外部传感器信号和车辆CAN信号获得路面信息和车辆状态信息；实时控制决策层用于基于路面信息和车辆状态信息，采用能量相平面法判断车辆是否失稳，并根据判断结果获得目标控制参数；协调控制执行层用于基于车辆状态信息和目标控制参数采用最优控制策略对各控制系统进行协调控制。本发明专利技术能够在保证车辆运行过程中的控制精度和响应时间的前提下，尽可能减少各个控制系统之间的冲突，节约车辆在运行过程中所需要的资源，从而有效地提高车辆的机动性和稳定性。从而有效地提高车辆的机动性和稳定性。从而有效地提高车辆的机动性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
汽车底盘域三层控制架构及其控制方法


[0001]本专利技术涉及汽车底盘控制
，特别涉及一种汽车底盘域三层控制架构及其控制方法。

技术介绍

[0002]由于对车辆主动安全系统的需求不断增加，为了提高驾驶员的便利性和舒适性，许多底盘控制系统，如车身电子稳定控制系统（ElectronicStabilityController，ESC）、连续减震控制系统（ContinuousDampingControl，CDC）、主动式后轮转向系统（ActiveKinematicsControl，AKC）和主动侧倾控制系统（ActiveRollControl，ARC）被开发出来并配备在车辆上。但是，CDC、AKC和ARC 都能够影响车辆的横摆角速度，每个控制系统都有自己的控制带宽，如果每个控制系统都有一个自己的目标横摆角速度控制器，那么控制器需要根据车辆的实时运动状态实时调整控制器增益，以免出现不理想或者不稳定的车辆行为，即具有独立逻辑的底盘控制系统可能会违反其他系统的目标来实现自己的目标。通常来说，会有至少两个底盘控制系统应用于一辆车辆以提高车辆性能。因此，需要设计一款底盘域综合控制架构尽量避免各控制系统之间发生冲突。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种汽车底盘域三层控制架构及其控制方法，能够在保证车辆运行过程中的控制精度和响应时间的前提下，尽可能减少各个控制系统之间的冲突，节约车辆在运行过程中所需要的资源，从而有效地提高车辆的机动性和稳定性。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：本专利技术提供的汽车底盘域三层控制架构，包括：车辆状态估计层，用于读取车辆外部传感器信号和车辆CAN信号获得路面信息和车辆状态信息；实时控制决策层，用于基于路面信息和车辆状态信息，采用能量相平面法判断车辆是否失稳，并根据判断结果获得目标控制参数；协调控制执行层，用于基于车辆状态信息和目标控制参数采用最优控制策略对各控制系统进行协调控制。
[0005]优选地，车辆状态估计层包括：传感器信号读取模块，用于读取车辆外部传感器信号获得路面信息，路面信息包括路面摩擦系数、路面类型信息、路面高程信息和弯道曲率信息；CAN信号读取模块，用于读取车辆CAN信号获得车辆状态信息，车辆状态信息包括车速、方向盘转角、车辆横摆角速度、重心侧偏角和车辆侧倾角。
[0006]优选地，实时控制决策层包括：车辆失稳判断模块，用于基于路面信息和车辆状态信息，采用能量相平面法判断
车辆处于稳定状态或非稳定状态；行驶状态判断模块，用于在车辆处于稳定状态时，采用转向三角形方法判断车辆处于直线行驶或曲线行驶；侧倾状态判断模块，用于在车辆处于曲线行驶时，通过驾驶员意图识别、车辆侧倾速度和车速，判断车辆处于由缓转向引起的稳态侧倾或由急转向引起的瞬态侧倾；目标控制参数获取模块，用于根据判断结果，通过反馈控制获得目标控制参数，目标控制参数包括目标侧倾力矩、目标横摆力矩、目标垂向振动加速度、目标侧倾速度、目标侧倾角、目标横摆角速度和目标侧向加速度。
[0007]优选地，协调控制执行层包括：车辆失稳控制模块，用于在车辆处于非稳定状态时，以目标侧倾力矩、目标横摆力矩为控制目标对车身电子稳定控制系统进行控制；直线行驶控制模块，用于在车辆处于直线行驶时，以目标侧倾速度为控制目标对主动侧倾控制系统和连续减震控制系统进行控制；缓转向行驶控制模块，用于在车辆处于曲线行驶中的稳态侧倾时，以目标侧倾角为控制目标对主动侧倾控制系统、连续减震控制系统和主动式后轮转向系统进行控制；急转向行驶控制模块，用于在车辆处于曲线行驶中的瞬态侧倾时，以目标侧向加速度和目标横摆角速度为控制目标对主动侧倾控制系统、连续减震控制系统和主动式后轮转向系统进行控制。
[0008]本专利技术提供的利用上述汽车底盘域三层控制架构实现的控制方法，包括如下步骤：S1、读取车辆外部传感器信号和车辆CAN信号获得路面信息和车辆状态信息；S2、基于路面信息和车辆状态信息，采用能量相平面法判断车辆是否失稳，并根据判断结果获得目标控制参数；S3、基于车辆状态信息和目标控制参数采用最优控制策略对各控制系统进行协调控制。
[0009]优选地，步骤S1中获得的路面信息包括路面摩擦系数、路面类型信息、路面高程信息和弯道曲率信息，以及获得的车辆状态信息包括车速、方向盘转角、车辆横摆角速度、重心侧偏角和车辆侧倾角。
[0010]优选地，步骤S2具体包括如下子步骤：S21、将汽车运动过程中侧偏角β的正切作为横坐标，记为tanβ；将横摆角速度r和车辆的惯量半径ρ的乘积与车速V的比值作为纵坐标，记为rρ/V，以横坐标与纵坐标构建能量相平面；S22、取能量相平面上任意一点P（x，y），则矢量的模表示转弯能量相对于前进能量的水平；S23、通过直线与直线将所述能量相平面划分为八个相平面区域，分别对应车辆的瞬心处于不同位置的状态；当车辆的状态点位于直线上时，车辆的
瞬心位于后轴线上；当车辆的状态点位于直线上时，车辆的瞬心位于前轴线上；当车辆的状态点位于上区和下区时，车辆的瞬心位于所述前轴线与所述后轴线之间；当车辆的状态点位于右区时，车辆的瞬心位于所述后轴线之后，当车辆的状态点位于左区，车辆的瞬心位于所述前轴线之前；其中，为名义转向角，和分别为前轮和后轮的折算侧偏角；S24、定义车辆行驶状态下的瞬心偏距，根据瞬心偏距的阈值和车辆的瞬心在不同的相平面区域，判断车辆的行驶状态为稳定状态或非稳定状态；其中，为车辆的重心到瞬心的距离；S25、在车辆处于稳定状态时，通过转向三角形方法判断车辆处于直线行驶或曲线行驶；S26、在车辆处于曲线行驶时，通过驾驶员意图识别、车辆侧倾速度和车速，判断车辆处于由缓转向引起的稳态侧倾或由急转向引起的瞬态侧倾；S27、根据判断结果，通过反馈控制获得目标控制参数，目标控制参数包括目标侧倾力矩、目标横摆力矩、目标垂向振动加速度、目标侧倾速度、目标侧倾角、目标横摆角速度和目标侧向加速度。
[0011]优选地，步骤S26中驾驶员意图识别的判定公式为：其中，为车辆侧向加速度，为车辆侧向加速度变化率，为车辆横摆角速度，为车辆侧偏角变化率。
[0012]优选地，路面类型信息包括平路路面和不平路路面，结合驾驶员意图识别，将车辆当前所处状态工况分为直线平路、直线不平路、入弯平路、入弯不平路、弯心平路、弯心不平路、出弯平路和出弯不平路。
[0013]优选地，步骤S3包括具体如下控制：在车辆处于非稳定状态时，以目标侧倾力矩、目标横摆力矩为控制目标对车身电子稳定控制系统进行控制；在车辆处于直线行驶时，以目标侧倾速度为控制目标对主动侧倾控制系统和连续减震控制系统进行控制；在车辆处于曲线行驶中的稳态侧倾时，以目标侧倾角为控制目标对主动侧倾控制系统、连续减震控制系统和主动式后轮转向系统进行控制；在车辆处于曲线行驶中的瞬态侧倾时，以目标侧向加速度和目标横摆角速度为控制目标对主动侧倾控制系统、连续减震控制系统和主动式后轮转向系统进行控制。
[0014]本专利技术能够取得如下技术效果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车底盘域三层控制架构，其特征在于，包括：车辆状态估计层，用于读取车辆外部传感器信号和车辆CAN信号获得路面信息和车辆状态信息；实时控制决策层，用于基于路面信息和车辆状态信息，采用能量相平面法判断车辆是否失稳，并根据判断结果获得目标控制参数；协调控制执行层，用于基于车辆状态信息和所述目标控制参数采用最优控制策略对各控制系统进行协调控制。2.如权利要求1所述的汽车底盘域三层控制架构，其特征在于，所述车辆状态估计层包括：传感器信号读取模块，用于读取车辆外部传感器信号获得路面信息，所述路面信息包括路面摩擦系数、路面类型信息、路面高程信息和弯道曲率信息；CAN信号读取模块，用于读取车辆CAN信号获得车辆状态信息，所述车辆状态信息包括车速、方向盘转角、车辆横摆角速度、重心侧偏角和车辆侧倾角。3.如权利要求2所述的汽车底盘域三层控制架构，其特征在于，所述实时控制决策层包括：车辆失稳判断模块，用于基于路面信息和车辆状态信息，采用能量相平面法判断车辆处于稳定状态或非稳定状态；行驶状态判断模块，用于在车辆处于稳定状态时，采用转向三角形方法判断车辆处于直线行驶或曲线行驶；侧倾状态判断模块，用于在车辆处于曲线行驶时，通过驾驶员意图识别、车辆侧倾速度和车速，判断车辆处于由缓转向引起的稳态侧倾或由急转向引起的瞬态侧倾；目标控制参数获取模块，用于根据判断结果，通过反馈控制获得所述目标控制参数，所述目标控制参数包括目标侧倾力矩、目标横摆力矩、目标垂向振动加速度、目标侧倾速度、目标侧倾角、目标横摆角速度和目标侧向加速度。4.如权利要求3所述的汽车底盘域三层控制架构，其特征在于，所述协调控制执行层包括：车辆失稳控制模块，用于在车辆处于非稳定状态时，以所述目标侧倾力矩、所述目标横摆力矩为控制目标对车身电子稳定控制系统进行控制；直线行驶控制模块，用于在车辆处于直线行驶时，以所述目标侧倾速度为控制目标对主动侧倾控制系统和连续减震控制系统进行控制；缓转向行驶控制模块，用于在车辆处于曲线行驶中的稳态侧倾时，以所述目标侧倾角为控制目标对所述主动侧倾控制系统、所述连续减震控制系统和主动式后轮转向系统进行控制；急转向行驶控制模块，用于在车辆处于曲线行驶中的瞬态侧倾时，以所述目标侧向加速度和所述目标横摆角速度为控制目标对所述主动侧倾控制系统、所述连续减震控制系统和主动式后轮转向系统进行控制。5.利用权利要求1~4中任一项所述的汽车底盘域三层控制架构实现的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、读取车辆外部传感器信号和车辆CAN信号获得路面信息和车辆状态信息；
S2、基于路面信息和车辆状态信息，采用能量相平面法判断车辆是否失稳，并根据判断结果获得目标控制参数；S3、基于车辆状态信息和所述目标控制参数采用最优控制策略对各控制系统进行协调控制。6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中获得的路面信息包括路面摩擦系数、路面类...

【专利技术属性】
技术研发人员：董志圣，李朝健，赵添一郎，张博宇，
申请(专利权)人：浙江孔辉汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：