【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人驾驶底盘控制，特别涉及一种横摆及侧倾稳定性的无人驾驶底盘控制方法。
技术介绍
1、激转甩尾的侧向失稳和侧翻的侧倾失稳是对车辆和道路交通安全影响最严重、最典型的两类失稳现象；因路面附着系数降低、路面不平、质心过高等原因，导致车辆出现过多转向且逐步恶化时就容易出现激转甩尾，或者导致车辆出现大幅侧倾角且逐步恶化导致车轮离地间距变大时就容易出现侧翻现象；因而通常会使用到联合控制装置来抑制可能出现的激转甩尾侧向失稳和侧翻侧倾失稳。
2、为同时抑制可能出现的激转甩尾侧向失稳和侧翻侧倾失稳，本申请提出了一种横摆及侧倾稳定性的无人驾驶底盘控制方法。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种横摆及侧倾稳定性的无人驾驶底盘控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的激转甩尾侧向失稳和侧翻侧倾失稳的问题。
2、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：s1：建立包含车辆横摆和侧倾的14个自由度的车辆动力学模型；
3、所建立的车辆动力学模型包括整车5个自由度(纵向、侧向、垂向、横摆、侧倾)、车轮旋转的4个自由度(每个车轮1个旋转自由度，4个车轮一共就是4个自由度)、悬架垂向运动的4个自由度(每个悬架1个垂向自由度，4个悬架一共就是4个自由度)和前轮转向的1个自由度。为此，14个自由度的车辆动力学模型为：
4、(1)纵向运动：
5、(2)侧向运动：
6、(3)垂向运动：
7、(4)横摆运动：
8、(5)
9、其中，m为整车质量，ms为车辆非悬架部分质量，vx为车辆纵向速度，vy为车辆侧向速度，fxi为车轮纵向力，fyi为车轮侧向力，δ为车辆前轮转角，f地面摩擦系数，g为重力加速度，α为坡度，γ为车辆横摆角速度，fsi为悬架作用力，hs为悬挂质量质心到侧倾轴线的距离，hg为整车质心高度，zs为车身垂向位移，下标i＝1、2、3、4分别表示左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，izs为横摆转动惯量，ixs为侧倾转动惯量，δmx为车辆差速时经由车辆悬架导向机构作用在整车车身上的侧倾力矩，w为轮距，a为前轴到质心距离，b为后轴到质心距离，为侧倾角，ay为侧向加速度。
10、(6)车轮旋转运动：
11、其中，iω为车轮转动惯量，ωi为车轮轮速，tei为电机扭矩，fbi为制动力，r为车轮半径。
12、(7)悬架垂向运动：
13、其中，msi为第i个悬架上的非悬架部分质量，xsi为第i个悬架上车体的位移量，xti为第i个悬架上底盘的位移量，ksi为第i个悬架的刚度，csi为第i个悬架的阻尼。
14、(8)前轮转向运动：
15、其中，ieq为转向系统等效转动惯量，ceq为转向系统等效转动阻尼，keq为转向系统等效转动刚度，ktrans为转向系统总转动比，ts为转向电机扭矩，mz为轮胎回正力矩。
16、s2：以一阶泰勒展开和劳斯判据，获取横摆稳定边界条件。
17、对纵向运动和侧向运动方程进行一阶泰勒展开，得到系统矩阵a
18、
19、计算系统矩阵a的特征值，并根据劳斯稳定性判据，得到横摆稳定性边界要求，即：
20、
21、其中，kf为前轮侧偏刚度，kr为后轮侧偏刚度。
22、s3：分析系统侧倾稳定特性，获取侧倾稳定边界条件。定义侧倾稳定条件是车辆一侧的轮胎不离地，即有侧倾指标ltr为
23、
24、考虑在车辆一侧的轮胎不离地时，侧倾角较小，符合小角度条件，即那么有侧倾稳定边界条件为
25、
26、s4：构建运动学与动力学融合的闭环反馈关键参数估计策略。
27、侧向运动模型有运动学关系式
28、即在传感器测得车速vx、加速度ay和横摆角速度γ，观测得到质心侧偏角β，即运动学观测器：
29、
30、侧向运动模型有动力学关系式
31、即在传感器测得车速vx、加速度ay、横摆角速度γ以及前轮转角δ，观测得到质心侧偏角β，即动力学观测器：
32、
33、运动学模型不依赖于精确的车辆模型参数，但是须通过积分得到质心侧偏角，容易存导致累积误差；而动力学模型直接求得质心侧偏角，但是在车轮的线性区间且需要准确的轮胎侧偏刚度参数，容易导致观测误差。为此，采用α滤波的方式，构造闭环反馈融合两种观测方法，即：
34、
35、其中，τ为α滤波系数，取值在0～1之间；t为传感器采样周期。
36、s5：基于线性模型预测最优化设计联合控制器，构造横摆及侧倾稳定性控制问题。
37、无人驾驶底盘系统的被控量u为tei电机扭矩，fbi制动力，和ts转向电机扭矩，系统关键状态量x为vx车辆纵向速度，vy车辆侧向速度，γ车辆横摆角速度，侧倾角，β质心侧偏角，δ车辆前轮转角和ωi车轮轮速。那么有
38、u＝[tei,fbi,ts]t
39、
40、基于线性模型预测框架
41、min j
42、s.t.f＝0
43、g＜0
44、其中，j为模型预测的目标函数，f＝0为等式约束，g<0为不等式约束。
45、将14个自由度的车辆动力学模型和闭环反馈关键参数估计构造为线性模型预测框架中的等式约束，将横摆稳定边界条件和侧倾稳定边界条件构造为不等式约束，即：
46、(1)等式约束
47、
48、(2)不式约束
49、
50、s6：构造舒适性、经济性的加权目标优化函数。
51、行车过程中，舒适性所对应的是系统关键状态量x变化不能过快，从而避免剧烈的抖动给驾乘人员带来不舒适。为此，定义舒适性的目标js为
52、js＝(xk-xk-1)tq(xk-xk-1)
53、其中，xk为第k时刻系统关键状态量，xk-1为第k-1时刻系统关键状态量，q为权重矩阵，设定为单元对角矩阵。
54、行车过程中，经济性所对应的是系统的被控量u变化不能过快，从而避免频繁的启停电机导致能耗过高。为此，定义经济性的目标jc为
55、jc＝(uk-uk-1)tp(uk-uk-1)
56、其中，uk为第k时刻系统的被控量，uk-1为第k-1时刻系统的被控量，p为权重矩阵，设定为单元对角矩阵。
57、将舒适性、经济性进行均值加权，得到模型预测的目标函数j为
58、j＝js+jc
59、s7：蚁群和遗传融合的群智能优化算法，求解横摆及侧倾稳定性控制问题。
60、考虑到建立的14个自由度的车辆动力学模型和闭环反馈关键参数估计中有诸多的三角函数和积分，导致步骤s5基于线性模型预测最优化设计的联合控制器是高维非线性的，采用传统解析求解本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种横摆及侧倾稳定性的无人驾驶底盘控制方法，其特征在于，步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种横摆及侧倾稳定性的无人驾驶底盘控制方法，其特征在于，构造舒适性、经济性的加权目标优化函数的具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种横摆及侧倾稳定性的无人驾驶底盘控制方法，其特征在于，蚁群和遗传融合的群智能优化算法，求解横摆及侧倾稳定性控制问题的步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种横摆及侧倾稳定性的无人驾驶底盘控制方法，其特征在于，步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种横摆及侧倾稳定性的无人驾驶底盘控制方法，其特征在于，构造舒适性、经济性的加权目标...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾德全，李毅帅，胡一明，张培志，施亚昆，吴亚琦，刘卫东，孙志朋，刘登程，
申请(专利权)人：江西同铃汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。