本发明专利技术公开了一种基于模糊自适应二阶滑模的车辆稳定性控制方法，涉及电动汽车直接横摆力矩控制领域。将反步法和李雅普诺夫理论结合起来设计二阶滑模控制器，从而获得附加横摆力矩，并通过设计模糊自适应律来抑制侧向和横摆干扰以及不确定性对车辆系统的影响，不再需要确定扰动边界的值。步骤1、建立车辆理想的线性二自由度模型；步骤2、设计一阶滑模控制器；步骤3、在步骤2的基础上设计二阶滑模控制器；步骤4、在步骤3的基础上设计自适应模糊二阶滑模控制器；步骤5、将计算的附加横摆力矩分配到各个轮子上实现车辆稳定性控制。该方法有更好的控制性能，使车辆在极限工况下保持稳定，能在有限时间内收敛，同时抑制了抖振现象。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电动汽车直接横摆力矩控制领域，特别是涉及一种基于模糊自适应二阶滑模的车辆稳定性控制方法。
技术介绍
1、近年来对于车辆横摆稳定性控制的需求令车辆直接横摆力矩控制技术得到了发展。同时直接横摆力矩分配的控制技术也受到很多关注。但是常用的二自由度车辆模型与实际模型相差较大，未充分考虑到参数不确定性和外部干扰对车辆的影响。同时传统的滑模控制中，难以在有效抑制抖振现象的同时保持良好的鲁棒性和趋近速率。
技术实现思路
1、本专利技术针对以上问题，提出了一种基于模糊自适应二阶滑模的车辆稳定性控制方法，将反步法和李雅普诺夫理论结合起来设计二阶滑模控制器，从而获得附加横摆力矩，并通过设计模糊自适应律来抑制侧向和横摆干扰以及不确定性对车辆系统的影响。
2、本专利技术的技术方案为：包括以下步骤：
3、步骤1、建立车辆理想的线性二自由度模型，获取横摆角速度及质心侧偏角的参考值；
4、定义车辆状态向量x＝[βω]t，车辆理想的线性二自由度模型为：
5、
6、其中，ω、β分别是横摆角速度和质心侧偏角，a为系统状态矩阵，包含元素：a11、a12、a21、a22，b为输入矩阵，包含元素：b11、b21；kf、kr分别为前、后轮胎侧偏刚度.a、b分别为前、后轴到车辆质心位置的距离.iz是车辆的质心绕z轴的转动惯量.m是车辆的总质量.δf是车辆前轮转角，并且δf＝δsw/i，δsw是方向盘转角，i为传动比，vx是车辆质心处的纵向速度；
<
p>7、由车辆理想模型导出的横摆角速度的参考值为：8、
9、其中，l为车辆的前后轴轴距；为稳定性因子；
10、理想的横摆角速度会受到路面附着系数μ的限制，横向加速度ay需要满足：|ay|≤μg，因此为了满足复杂的路面条件，同时使质心侧偏角尽可能小，取横摆角速度和质心侧偏角的参考值为：
11、
12、实际的工作情况下，当分布式驱动系统受到外界干扰时，车辆稳定性极易受到影响；考虑连续有界干扰的车辆侧向和横摆动力学方程为：
13、
14、其中，dy和dz为连续有界侧向干扰和横摆干扰；
15、
16、步骤2、设计一阶滑模控制器；
17、一阶滑模控制器的滑模面选择如下：
18、s＝ω-ωd+ρ(β-βd) (6)
19、ρ是权重因子，其值越大，质心侧偏角的影响越大；
20、将公式(6)求导并将公式(1)代入后可得：
21、
22、其中，已知和是有界的，从而可以找到一个常数使得然后从公式(7)推出一阶滑模控制器的表达式；
23、推出一阶滑模控制器的表达形式为公式(8)，当σ0>0时，滑模面s可以在有限时间内收敛至原点；
24、
25、其中，δmz为附加横摆力矩；
26、步骤3、在步骤2的基础上设计二阶滑模控制器；
27、对公式(7)进一步求导得到s的二阶导数：
28、
29、其中：
30、
31、令所以公式(12)可写为如下形式：
32、
33、其中ψ(t,ω)表征扰动，包括系统不确定性和外部扰动；
34、当dyc顶层控制器设计为公式(14)时，则滑动变量s和在有限时间内收敛至原点；
35、
36、其中d、k1、c1均为控制参数；
37、步骤4、在步骤3的基础上设计自适应模糊二阶滑模控制器；
38、当公式(33)、(34)、(35)为dyc的顶层控制器时，滑动变量s和在有限时间内收敛至原点；
39、
40、其中，为控制函数，为设计的参数自适应律；
41、步骤5、将计算的附加横摆力矩分配到各个轮子上实现车辆稳定性控制；
42、将车辆状态量以及横摆角速度和质心侧偏角的理想值输入顶层控制器中，即输入到步骤4建立的自适应模糊二阶滑模控制器，获得所要输出的附加横摆力矩δmz，最后，经过底层控制器中的平均转矩分配决策出每个车轮上的驱动转矩；需要解释的是，通过转矩分配决策出每个车轮上的驱动转矩系现有技术的常规技术手段，本案中不再赘述。
43、按以下步骤推导步骤2建立的一阶滑模控制器：
44、定义李雅普诺夫函数v0＝1/2s2，对其求导并代入公式(7)，得：
45、
46、进一步可写为：
47、
48、由李雅普诺夫稳定性理论可知，s将在有限时间内收敛至原点。
49、按以下步骤推导步骤3建立的二阶滑模控制器：
50、令z1＝s，公式(13)可以写为以下形式：
51、
52、在实际的应用中，ψ(t,ω)是有界的：定义z1的目标值为z1d，e1为z1的控制误差：
53、e1＝z1-z1d (16)
54、
55、定义新的李雅普诺夫函数v1并求导：
56、
57、由的表达式可知，当且c1为正实数的时候，半负定，此时z1在有限时间趋于0，接着引入中间变量e2：
58、
59、将公式(21)代入公式(17)可得
60、
61、此时结合公式(22)和公式(23)：
62、
63、为了使e1和e2均趋于0，引入变量τ并求导：
64、τ＝k1e1+e2,k1＞0 (25)
65、将公式(23)代入到公式(25)得：
66、
67、易知当τ＝0时，e1和e2均可以在有限时间内趋于0，此时定义李雅普诺夫函数v2：
68、
69、对v2求导并将公式(25)的导数代入得：
70、
71、结合公式(14)并令z1得目标值z1d＝0，可得：
72、
73、定义q矩阵为以下形式：
74、
75、取e＝[e1 e2]t，可以推导出：
76、
77、因此，当q为正定矩阵时：
78、
79、为了使q保持为正定矩阵，令|q|＝d(k1+c1)-1/4>0，从而有根据李雅普诺夫稳定性定理以及lasalle不变性原理可知，能实现在有限时间内z1→z1d以及此时若则s→0并且
80、按以下步骤推导步骤4建立的自适应模糊二阶滑模控制器：
81、控制函数通过高斯隶属度函数对滑模变量进行模糊化，
82、
83、其中μf,i(τ)为控制函数f(af)中变量τ的隶属度函数，αf,i表示变量τ的高斯型隶属度函数均值，σf,i表示变量τ的高斯型隶属度函数方差；
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【技术保护点】
1.一种基于模糊自适应二阶滑模的车辆稳定性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于模糊自适应二阶滑模的车辆稳定性控制方法，其特征在于，按以下步骤推导步骤2建立的一阶滑模控制器：
3.根据权利要求1所述的一种基于模糊自适应二阶滑模的车辆稳定性控制方法，其特征在于，按以下步骤推导步骤3建立的二阶滑模控制器：
4.根据权利要求1所述的一种基于模糊自适应二阶滑模的车辆稳定性控制方法，其特征在于，按以下步骤推导步骤4建立的自适应模糊二阶滑模控制器：
【技术特征摘要】
1.一种基于模糊自适应二阶滑模的车辆稳定性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于模糊自适应二阶滑模的车辆稳定性控制方法，其特征在于，按以下步骤推导步骤2建立的一阶滑模控制器：
3.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇昂，赵又群，李丹阳，余梦成，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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