[發明專利]基于模型預測控制的汽車主動前輪轉向自適應調節方法

有效

• 申請號: 201810735029.2
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN109050658B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 李紹松;王國棟;張邦成;于志新;崔高健;盧曉輝;高嵩;韓玲;李政
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: B62D6/00
• 分類號: B62D6/00;B60W30/045;B62D101/00;B62D111/00;B62D137/00
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• 代理人: 暫無信息

基于模型預測控制的汽車主動前輪轉向自適應調節方法，其特征在于，該方法包括參考模型、輪胎數據處理器、MPC控制器、CarSim汽車模型；參考模型用于確定期望的汽車橫擺角速度；輪胎數據處理器用于確定輪胎的側偏角、側向力和側向力梯度；CarSim汽車模型用于輸出汽車的實際運動狀態信息，包括汽車縱向速度、橫擺角速度、質心側偏角和路面附著系數；MPC控制器根據期望的汽車橫擺角速度和汽車的實際運動狀態信息，優化求解出汽車的前輪附加轉角，輸出給CarSim汽車模型，控制汽車實現橫擺穩定性控制。

技術領域：

本發明涉及汽車橫擺穩定性控制領域，特別是關于基于模型預測控制的汽車主動前輪轉向自適應調節方法。

背景技術：

隨著人們對汽車行駛安全性越來越重視，汽車主動安全系統得到快速發展，其中主動前輪轉向(Active Front Steering,AFS)技術作為一種有效的橫擺穩定性控制系統被廣泛應用。目前，AFS所采用的控制方法主要有PID控制、滑模變結構控制和模型預測控制(Model Predictive Control,MPC)等，其中模型預測控制能較好地處理多目標任務以及系統約束，在汽車穩定性控制領域得到了廣泛的應用。

根據采用的預測模型以及優化方法的不同，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，然而線性MPC不能表征非線性區域的輪胎側偏特性，而能表征汽車非線性動力學特性的非線性MPC計算負擔太重，實時性差，很難應用于實際。因此很多學者開始對輪胎側向力進行線性化處理，提出線性時變的MPC控制方法。論文[陳杰,李亮,宋健.基于LTV-MPC的汽車穩定性控制研究[J].汽車工程，2016，38(3):308-316.]采用線性時變的MPC方法實現了汽車穩定性控制，同時兼顧了系統的非線性特性和計算負擔。但是，論文中對輪胎側向力線性化處理的方法過于簡單，無法表征輪胎側向力的實際變化，在極限工況下控制器的控制效果不理想；此外，該論文采用的預測模型在預測時域里保持不變，在滾動預測過程中不能代表汽車實際的變化趨勢。論文[Choi M,Choi S B.MPC for vehicle lateral stability via differential braking andactive front steering considering practical aspects[J].Proceedings of theInstitution of Mechanical Engineers Part D Journal of Automobile Engineering,2016,230(4).]基于線性化的輪胎模型給出了輪胎側向力達到飽和時的控制策略，實現了在極限工況下的汽車穩定性控制。但是該論文設計的預測模型在預測時域里同樣保持不變，極限工況下預測模型在滾動預測過程中不能準確代表汽車的實際運動，從而導致控制器控制效果變差。

發明內容：

為了解決現有的線性時變MPC方法在滾動預測過程中預測模型不能體現汽車的非線性動力學特性，導致極限工況下AFS系統控制效果差的問題。本發明提供基于模型預測控制的汽車主動前輪轉向自適應調節方法，采用線性時變的方法將非線性預測控制問題轉換成線性預測控制問題，并在滾動預測過程中根據輪胎側向力的變化趨勢自動調節預測模型，在減小系統的計算負擔的同時能夠準確表征汽車的非線性動力學特性，保證極限工況下AFS控制器的穩定性，實現汽車的穩定性控制。

本發明解決技術問題所采取的技術方案如下：

基于模型預測控制的汽車主動前輪轉向自適應調節方法，其特征在于，該方法包括參考模型、輪胎數據處理器、MPC控制器、CarSim汽車模型；參考模型用于確定期望的汽車橫擺角速度；輪胎數據處理器用于確定輪胎的側偏角、側向力和側向力梯度；CarSim汽車模型用于輸出汽車的實際運動狀態信息，包括汽車縱向速度、橫擺角速度、質心側偏角和路面附著系數；MPC控制器根據期望的汽車橫擺角速度和汽車的實際運動狀態信息，優化求解出汽車的前輪附加轉角，輸出給CarSim汽車模型，控制汽車實現橫擺穩定性控制；

該方法包括以下步驟：