[發明專利]一種基于路面附著系數估算的車身穩定控制方法及系統

在審

• 申請號: 201710009986.2
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN106828464A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 汪洪波;胡振國;劉偉
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B60T8/1755
• 分類號: B60T8/1755;B60W40/064
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙)34119
• 代理人: 程篤慶,黃樂瑜

技術領域

本發明涉及汽車穩定性控制技術領域，尤其涉及一種基于路面附著系數估算的車身穩定控制方法及系統。

背景技術

汽車電子穩定系統(Electronic Stability Program，ESP)是繼車輛防抱死系統(ABS)和牽引力控制系統(TCS)之后車輛主動安全控制技術方面的一次里程碑式的跨越提升。其控制系統主要通過調節輪胎與路面之間的作用力，而路面與輪胎之間力的傳遞受路面附著系數的制約，因此汽車主動安全控制策略的優劣很大程度上取決于能否充分利用當前路面附著系數。當車輛在高附著路面行駛時，質心側偏角較小，可以用橫擺角速度表征汽車的狀態。但當車輛在低附著路面行駛時，汽車容易發生側滑，此時汽車質心側偏角迅速增大，輪胎側向力逐漸增大并達到飽和，使橫擺力矩與側向力趨于恒定值，此時駕駛員通過改變方向盤轉角，幾乎很難改變橫擺力矩，汽車喪失轉向穩定性，此時要想控制汽車的穩定性將變得很困難，因此，在低附著系數路面上更應該嚴格限制質心側偏角，才能保證汽車的穩定性。而當汽車在中等附著路面行駛時，車輛的穩定性有時受限于過大的橫擺角速度，有時又取決于過大的質心側偏角。所以，建立一種路面附著系數估計方法和適用于不同路面附著工況的穩定性控制方法具有重要意義。

《基于高階滑模的電動汽車穩定性直接橫擺力矩控制方法》(國家專利，申請號：CN201510922607.X)根據魯棒滑模觀測器獲得質心側偏角估計值，然后以橫擺角速度與理想橫擺角速度的偏差、實際車輛的質心側偏角兩個參數作為輸入變量，采用高階滑模控制策略，獲得滿足汽車穩定性的直接橫擺力矩。此發明實現了汽車穩定性直接橫擺力矩控制系統的有限時間收斂，提高了汽車高速和惡劣道路等極限條件下的行駛穩定性，但其未能充分考慮路面對汽車穩定性的影響。《一種基于電機與車輪耦合特性的路面附著系數估計方法》(國家專利，申請號：CN201510129140.3)建立輪胎縱向剛度與電動輪共振頻率之間的關系，在利用電機轉矩獲取的共振頻率基礎上求解出輪胎縱向剛度，然后再利用輪胎縱向剛度與路面附著系數的關系，實現了路面附著系數估計。此方法根據力學關系估計出路面附著系數，誤差較大。

綜上所述，需要建立一種更為精確的路面附著系數估計方法，然后可以對不同附著系數路面工況進行聯合協調控制，實時地調節控制參數，實現兩控制變量控制參數的最佳匹配，從而適應不同路面行駛工況下車輛穩定性控制的要求。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種基于路面附著系數估算的車身穩定控制方法及系統。

本發明提出的基于路面附著系數估算的車身穩定控制方法，包括以下步驟：

S1、建立縱滑側偏組合刷子輪胎模型；

S2、獲取車輛當前行駛狀態參數，并根據縱滑側偏組合刷子輪胎模型以及車輛當前行駛狀態參數計算出車輛當前行駛路面附著系數；

S3、建立橫擺角速度滑模控制器以及質心側偏角滑模控制器；

S4、獲取車輛實際運動狀態以及駕駛員動作指令，且對車輛實際運動狀態與駕駛員期望狀態進行對比，并根據比較結果以及車輛當前行駛路面附著系數且結合橫擺角速度滑模控制器以及質心側偏角滑模控制器為車輛選取車身穩定控制策略。

優選地，步驟S1具體包括：

縱滑側偏組合刷子輪胎模型為：

其中，

優選地，利用卡爾曼濾波方式對F_x和F_y進行估算；

其中，C_x為輪胎縱滑剛度，C_α為輪胎側偏剛度，α為輪胎側偏角，μ為路面附著系數，λ為車輪實際縱向滑轉率，r為車輪滾動半徑，v_ω為輪心處的縱向速度，F_x為輪胎縱向力，F_y為輪胎側向力，F_z為輪胎垂向力；

縱滑側偏組合刷子輪胎模型的非線性格式如下：

y(k)＝f(k,μ(k))+v₁；

優選地，采用卡爾曼濾波方式計算輪胎力數值y＝[F_x,F_y]^T；

其中，f(k,μ(k))為縱滑側偏組合刷子輪胎模型的表達式，μ(k)為輪胎模型參數，v₁為測量噪聲；

將y(k)線性化，縱滑側偏組合刷子輪胎模型的線性格式如下：

其中，

其中，為μ的觀測值；

定義變量g(k)為：