[發(fā)明專利]一種基于微分平坦的車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向集成控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510437378.2
• 申請(qǐng)日: 2015-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN104925054B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施樹明;李玲;王玉瓊;張向東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B60W30/045
• 分類號(hào): B60W30/045;B60W40/10
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司22201
• 代理人: 趙炳仁

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向控制方法，特別是一種基于微分平坦的整體式集成式穩(wěn)定轉(zhuǎn)向控制方法。

背景技術(shù)

車輛在高速緊急避障、高速轉(zhuǎn)彎行駛和在低附著路面上轉(zhuǎn)彎行駛等極限工況下，輪胎極易進(jìn)入非線性工作區(qū)域。如果作用于車輪的驅(qū)動(dòng)(制動(dòng))力矩過大，輪胎易產(chǎn)生側(cè)滑，導(dǎo)致車輛失穩(wěn)；如果方向盤轉(zhuǎn)角值不適宜，則易導(dǎo)致車輛失穩(wěn)，造成車禍。因此有必要對(duì)車輛轉(zhuǎn)向角和輪胎驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)力矩進(jìn)行聯(lián)合控制，使輪胎產(chǎn)生合理的縱向力和側(cè)向力組合，最終驅(qū)使車輛順利過彎。

從車輛驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向集成控制的控制算法方面來看，主要有線性控制和非線性控制方法兩種。目前，普遍考慮將非線性車輛系統(tǒng)利用微分平坦方法或反饋線性化方法進(jìn)行處理以后，用線性控制方法來解決車輛系統(tǒng)的控制問題。

現(xiàn)有微分平坦控制器存在的問題是，將有經(jīng)驗(yàn)駕駛員的駕駛數(shù)據(jù)作為控制器的期望，對(duì)于沒有駕駛過的道路就無法給出控制器的期望，難以工程應(yīng)用。此外，控制器的設(shè)計(jì)均針對(duì)某一固定車速、或者固定初速度和減速度、亦或者固定期望速度序列或在某一路徑下的控制效果，沒有研究車輛行駛速度不同或在不同線形的道路上行駛時(shí)控制器的介入強(qiáng)度問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為解決目前車輛在不同線形的道路上行駛時(shí)控制器的介入技術(shù)存在的缺陷，提出一種基于微分平坦的車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向集成控制方法，以實(shí)現(xiàn)車輛在各種路徑工況下平穩(wěn)順利過彎。

本發(fā)明一種基于微分平坦的車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向集成控制方法，包括以下步驟：

步驟S1.通過實(shí)時(shí)采集的道路信息—道路曲率半徑R^ref和車輛狀態(tài)信息—車輛縱向速度v_x，計(jì)算車輛系統(tǒng)的期望狀態(tài)變量，即控制器的期望—期望縱向速度期望側(cè)向速度和期望橫擺角速度ω^ref；

1)根據(jù)采集到的道路曲率半徑R^ref，采用入彎減速出彎加速的原則按下式計(jì)算期望縱向速度

式中：v₀為入彎時(shí)刻速度；

2)根據(jù)道路曲率半徑R^ref和上述計(jì)算得到的期望縱向速度采用穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式計(jì)算車輛的期望橫擺角速度：

3)根據(jù)道路曲率半徑R^ref和上述計(jì)算得到的期望縱向速度按下式計(jì)算車輛的期望側(cè)向速度：

步驟S2.以步驟S1計(jì)算得到的期望縱向速度期望側(cè)向速度和期望橫擺角速度ω^ref作為控制器的期望，計(jì)算控制器輸出量—輸出力矩和輸出轉(zhuǎn)向角

1)根據(jù)步驟S2計(jì)算得到的期望縱向速度期望側(cè)向速度和期望橫擺角速度ω^ref及其導(dǎo)數(shù)計(jì)算期望微分平坦輸出量及其導(dǎo)數(shù)

同時(shí)，根據(jù)車載傳感器實(shí)時(shí)采集的車輛實(shí)際縱向速度v_x、側(cè)向速度v_y和橫擺角速度ω，計(jì)算實(shí)際微分平坦輸出量y₁、y₂：

以上式中：l_f為前軸到質(zhì)心距離；m為汽車質(zhì)量；I_z為汽車?yán)@z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；z軸為通過汽車質(zhì)心并垂直于地面向上的坐標(biāo)軸；

2)以上述計(jì)算得到的期望微分平坦輸出量及其導(dǎo)數(shù)和實(shí)際微分平坦輸出量y₁、y₂作為輸入，計(jì)算PID輸出量

式中：

3)以上述計(jì)算得到的PID輸出量作為輸入，計(jì)算控制器的輸出量—輸出力矩和輸出轉(zhuǎn)向角

這里的f₁、f₂、f₃分別為：

其中，m為汽車質(zhì)量，I_z為汽車?yán)@z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，l_f為前輪到質(zhì)心的距離，l_r為后輪到質(zhì)心的距離，l為軸距，C_f、C_r為前后輪側(cè)偏剛度，ω_f、ω_r為汽車前后輪角速度，為汽車前后輪角加速度，R_e為車輪滾動(dòng)半徑，I_w為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ρ為空氣密度，C_x為縱向空氣阻力系數(shù)，A_x為縱向迎風(fēng)面積；