[發(fā)明專利]一種極限工況下保持汽車橫向穩(wěn)定的四輪轉(zhuǎn)向控制方法

有效

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• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108099900B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 李紹松;王國棟;郭陸平;鄭順航;李政;崔高健;張裊娜;盧曉暉;韓玲
• 申請（專利權）人: 長春工業(yè)大學
• 主分類號: B60W30/045
• 分類號: B60W30/045
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種極限工況下保持汽車橫向穩(wěn)定的四輪轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于，該方法包括參考模型、輪胎側(cè)向力和側(cè)偏剛度處理器、MPC控制器、汽車模型。參考模型用于確定期望的汽車橫擺角速度；輪胎側(cè)向力和側(cè)偏剛度處理器用于確定輪胎的側(cè)偏角、側(cè)向力和側(cè)偏剛度；汽車模型用于輸出汽車的實際運動狀態(tài)信息，包括汽車縱向速度、橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角和路面附著系數(shù)；MPC控制器結(jié)合期望的汽車橫擺角速度和汽車的實際運動狀態(tài)信息，優(yōu)化求解出汽車的后輪轉(zhuǎn)角，輸出給汽車模型，控制汽車實現(xiàn)極限工況下的橫向穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明涉及汽車橫向穩(wěn)定性控制領域，特別是關于一種極限工況下保持汽車橫向穩(wěn)定的四輪轉(zhuǎn)向控制方法。

背景技術

隨著人們對汽車行駛安全性越來越重視，汽車主動安全系統(tǒng)得到快速發(fā)展，其中四輪轉(zhuǎn)向(4Wheel Steering,4WS)技術作為一種提高汽車穩(wěn)定性的有效手段已得到了廣泛的認可，運用4WS技術，可以有效地減小汽車低速行駛時的轉(zhuǎn)彎半徑，提高汽車高速行駛時的穩(wěn)定性。

目前，4WS系統(tǒng)所采用的控制方法主要有PID控制、魯棒性控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制和模型預測控制(Model Predictive Control,MPC)等方法，其中模型預測控制因能較好地處理多目標任務以及系統(tǒng)約束，在汽車橫向穩(wěn)定性控制領域得到了廣泛的應用。

根據(jù)其采用的預測模型以及優(yōu)化方法的不同，MPC可分為線性MPC和非線性MPC。線性MPC憑借其計算負擔少，計算速度快而得到廣泛使用，但線性MPC不能表征非線性區(qū)域的輪胎側(cè)偏特性，因此導致極限工況下控制效果不理想，而能表征汽車非線性動力學特性的非線性MPC雖然在極限工況下能夠達到理想的控制效果，但控制器計算負擔太重，實時性差，因此很難應用于實際。論文[陳杰,李亮,宋健.基于LTV-MPC的汽車穩(wěn)定性控制研究[J].汽車工程，2016，38(3):308-316.]采用一種線性時變的MPC方法，通過對目標橫擺角速度的限幅，實現(xiàn)極限工況的汽車穩(wěn)定性控制，減少系統(tǒng)的計算負擔。但是，目標橫擺角速度幅值的限制依賴于車速和路面附著系數(shù)的精確估計，并且當輪胎側(cè)向力飽和時，所采用的線性時變MPC方法不能體現(xiàn)出輪胎側(cè)向力(絕對值)隨著輪胎側(cè)偏角的增加而減小的非線性變化特性。論文[Cairano S D,Tseng H E,Bernardini D,et al.Steering Vehicle Controlby Switched Model Predictive Control[J].IFAC Proceedings Volumes,2010,43(7):1-6.]根據(jù)汽車的運動狀態(tài)設計一種切換控制器，考慮了極限工況下輪胎側(cè)向力(絕對值)隨著輪胎側(cè)偏角的增加而減小的變化特性，但是該方法采用的仍然是線性的輪胎模型，不能表征輪胎的非線性特性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有的線性MPC方法不能全面表征輪胎的非線性特性而導致的汽車在極限工況下橫向穩(wěn)定性差，甚至失穩(wěn)的問題。本發(fā)明提供一種極限工況下保持汽車橫向穩(wěn)定的四輪轉(zhuǎn)向控制方法，在輪胎側(cè)向力達到飽和時，采用線性時變的方法將非線性預測控制問題轉(zhuǎn)換成線性預測控制問題，在表征輪胎非線性特性的同時減小系統(tǒng)的計算負擔，保證汽車在極限工況下的橫向穩(wěn)定性。

本發(fā)明解決技術問題所采取的技術方案如下：

一種極限工況下保持汽車橫向穩(wěn)定的四輪轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于，該方法包括參考模型、輪胎側(cè)向力和側(cè)偏剛度處理器、MPC控制器、汽車模型。參考模型用于確定期望的汽車橫擺角速度；輪胎側(cè)向力和側(cè)偏剛度處理器用于確定輪胎的側(cè)偏角、側(cè)向力和側(cè)偏剛度；汽車模型用于輸出汽車的實際運動狀態(tài)信息，包括汽車縱向速度、橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角和路面附著系數(shù)；MPC控制器結(jié)合期望的汽車橫擺角速度和汽車的實際運動狀態(tài)信息，優(yōu)化求解出汽車的后輪轉(zhuǎn)角，輸出給汽車模型，控制汽車實現(xiàn)極限工況下的橫向穩(wěn)定性。

該方法包括以下步驟：

步驟1、建立參考模型，確定期望的汽車橫擺角速度，其過程包括如下子步驟：