[發明專利]一種四輪轉向聯合差動制動的智能車輛分層控制方法

有效

• 申請號: 201910887904.3
• 申請日: 2019-09-19
• 公開（公告）號: CN110696793B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 朱梁鵬;劉成曄;趙景波;朱燕
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: B60T8/172
• 分類號: B60T8/172;B60T8/1755
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 顧翰林

1.一種四輪轉向聯合差動制動的分層控制方法，其特征在于：具有三層控制結構，具體為：

上層：軌跡規劃層，實現對車輛縱向、橫向以及橫擺角跟蹤，輸出理想橫擺角速度和質心側偏角；

中間層：MPC集中控制層，實現車輛后輪轉角控制和附加橫擺力矩控制；

下層：制動力分配器，通過附加橫擺力矩的計算，轉化為對單個車輪的制動控制；

最終，MPC聯合控制器輸出的四輪轉角和差動制動力作用于整車，實現目標路徑的穩定性跟蹤；

所述上層軌跡規劃層具體控制過程為：

(1)建立上層軌跡規劃層MPC控制器，實現前輪轉向控制

(1.1)根據車輛單軌模型，建立車輛運動學模型，并將其寫成狀態空間表達形式為：

式中：x為狀態量，u為控制量；

其中狀態量為：

式中：X為車輛縱向位移，Y為車輛橫向位移，為車輛橫擺角，T為時間；

控制量選取為：

u＝[v,δ_f]^T

式中：v為車輛后軸中心車速，δ_f為前輪偏轉角；

(1.2)將公式所示的車輛運動學非線性模型進行線性處理，得到線性時變系統為：

(1.3)將公式采用一階差商的方法進行離散化處理，得到離散的狀態空間表達式：

其中：A_k＝I+A*T；B_k＝I+B*T；

(1.4)設車輛軌跡跟蹤過程某一時刻為t時刻，為求t時刻的前輪轉角，建立如下目標函數：

式中：N_P為預測時域；N_c為控制時域；ρ為權重系數；ε為松弛因子；

(1.5)公式采用控制增量取代控制量進行系統的控制，因此將公式改寫為控制增量式的狀態空間方程：

其中：

(1.6)對控制過程中的控制量和控制增量進行約束：

u_min(k+1)uu_max(k+1)

Δu_min(k+1)ΔuΔu_max(k+1)

(1.7)對目標函數求解后得到控制時域內的一系列控制輸入增量

將t時刻控制序列中的第一個元素作為控制輸入增量作用到系統，即：

u(t)＝u(t-1)+Δu(t)

(1.8)在t+1時刻重復步驟，完成對期望軌跡的跟蹤，得到一系列的控制量v,δ_f；

(2)建立理想車輛跟隨模型，計算出軌跡跟蹤下的理想質心側偏角和橫擺角速度

(2.1)車輛理想質心側偏角模型

車輛穩態時的理想質心側偏角為：

式中：L為軸距；l_f為質心到前輪距離；l_r為質心到后輪距離；k_r為后輪側偏剛度；

輪胎最大附著極限下的質心側偏角為：

式中：μ為附著率；g為重力加速度；

理想的車輛質心側偏角為：

β_d＝min(|β_ideal|,|β_max|)·sgn(β_ideal)

(2.2)車輛理想橫擺角速度模型

輪胎附著極限下的最大橫擺加速度為：

理想的車輛橫擺角速度為：

r_d＝min(|r_ideal|,|r_max|)·sgn(r_ideal)；

所述中間層MPC集中控制層具體控制過程為：建立中間層MPC控制器，計算制動力產生的附加橫擺力矩，實現后輪轉角控制；

(1)建立車輛四輪轉向和差動制動聯合動力學模型，并改寫為狀態空間表達形式：

其中狀態量為：

x＝[β,r]^T

式中：β為車輛質心側偏角，r為車輛橫擺角速度，為前輪偏轉角；

控制量選取為：

u＝[δ_r,M_s]^T

式中：M_s為制動產生的附加橫擺力矩，δ_r為后輪偏轉角；

(2)將公式所示的車輛運動學非線性模型進行線性處理，得到線性時變系統為：

(3)將公式采用一階差商的方法進行離散化處理，得到離散的狀態空間表達式：

其中：A_k＝I+A*T；B_k＝I+B*T；

(4)設車輛軌跡跟蹤過程某一時刻為t時刻，為求t時刻的前輪轉角，建立如下目標函數：

式中：N_P為預測時域；N_c為控制時域；ρ為權重系數；ε為松弛因子

(5)公式采用控制增量取代控制量進行系統的控制，因此將公式改寫為控制增量式的狀態空間方程：

其中：

(6)對控制過程中的控制量和控制增量進行約束：

u_min(k+1)uu_max(k+1)

Δu_min(k+1)ΔuΔu_max(k+1)

(7)對目標函數求解后得到控制時域內的一系列控制輸入增量

將t時刻控制序列中的第一個元素作為控制輸入增量作用到系統，即：

u(t)＝u(t-1)+Δu(t)

(8)在t+1時刻重復步驟，完成對期望軌跡的跟蹤，得到一系列的控制量M_s,δ_r；所述下層制動力分配器具體控制過程為：

(1)車輛轉向情況判別

當K₁＝0，

中性轉向：K＝0，為中值；

過度轉向：K0，增大；

不足轉向：K0，減小；

(2)單輪制動壓力計算

(3)制動力施加決策

。