[發明專利]一種基于輪胎非線性特點的線控四輪轉向分段控制方法

有效

• 申請號: 202010465174.0
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111731380B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 張自宇;王春燕;劉利鋒;王展;趙萬忠;琴亞娟;劉曉強
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B62D6/00
• 分類號: B62D6/00;B62D5/04;B62D137/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種基于輪胎非線性特點的線控四輪轉向分段控制方法，包括：建立輪胎模型和整車動力學模型；定義輪胎特性區域，劃分輪胎線性區域、弱非線性區域、強非線性區域和飽和區域；根據上述定義的輪胎特性區域，結合μ綜合控制理論，設計輪胎處于線性區域和弱非線性區域下的基本控制器K₁；根據上定義的輪胎特性區域，設計輪胎處于強非線性區域下的非線性控制器K₂；設計分段控制規則。本發明的控制方法，通過設置普通控制器和非線性控制器對車輛進行分段控制，不僅能夠實現正常工況下的車輛控制，而且當輪胎處于非線性區域時，也能很好的控制車輛，保證車輛的安全性和穩定性。

技術領域

本發明屬于轉向控制技術領域，具體涉及一種基于輪胎非線性特點的線控四輪轉向分段控制方法。

背景技術

線控轉向系統作為最新一代的轉向系統，去掉了方向盤和前輪之間的機械連接，將駕駛員的駕駛意圖通過電信號傳遞到主控制器，主控制器分析駕駛員的操作意圖來控制轉向電機使前輪達到相應轉角，因此，線控轉向的主要優勢就是可以實現變傳動比及主動轉向控制。此外，線控轉向系統能夠在駕駛員輸入方向盤轉角基礎上，根據車身傳感器對轉向系統進行轉角主動控制，從而實現車輛的主動穩定性控制。

僅用前輪轉向的車輛在轉向過程中有一個無法避免的缺點，就是車輛的前進方向和車體方向會有一個夾角，即質心側偏角，質心側偏角越大越不利于車輛的操縱穩定性控制。而四輪轉向系統在車輛的轉向過程中，后輪也會根據需求參與轉向。由于四輪轉向系統可以通過前、后輪共同轉向實現系統的多輸入控制，可以同時控制車輛質心側偏角和橫擺角速度，因此，就可以實現車輛在跟蹤目標路徑的同時零化質心側偏角。除此之外，四輪轉向還有低速轉彎半徑小、高速響應性更好等優點，因而更加穩定和可控，極大地提高了車輛的操縱穩定性。

線控四輪轉向系統融合了線控轉向和四輪轉向的功能，不僅可以幫助車輛系統實現理想傳動比，擁有更為靈活的主動控制特性；同時，其具備多輸入多輸出特性，能同時控制橫擺角速度和質心側偏角，保證車輛具有高速穩定和低速靈活的轉向特性。正因為此，線控四輪轉向系統可以更好地解決車輛的穩定性問題。尤其針對極限工況下系統的非線性問題，線控四輪轉向系統可以獲得更多側向力，并通過系統多輸入多輸出控制實現對于質心側偏角和橫擺角速度的良好跟蹤。

目前對于線控四輪轉向系統的研究往往都是針對于普通工況下車輛的穩定性問題，去設計線控四輪轉向的控制器，而很少有研究針對極限工況下車輛的穩定性。事實上，在中高速低附著路面的極限工況下，車輛很容易進入非線性區域，尤其是輪胎飽和非線性。此時，較大的側偏角會導致整個車輛系統的強非線性，而普通工況下設計的控制器在極限工況下會出現車輛對路徑的跟蹤性能變差以及車輛穩定性降低難以控制車輛的問題。因此，需要一種綜合性的控制方法，保證車輛在輪胎處于線性或非線性區域時都能夠安全穩定的行駛。

發明內容

針對于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于輪胎非線性特點的線控四輪轉向分段控制方法，以解決現有技術中存在的普通工況下設計的控制器難以滿足極限工況下的車輛控制需求問題。本發明的控制方法，通過設置普通控制器和非線性控制器對車輛進行分段控制，不僅能夠實現正常工況下的車輛控制，而且當輪胎處于非線性區域時，也能很好的控制車輛，保證車輛的安全性和穩定性。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的一種基于輪胎非線性特點的線控四輪轉向分段控制方法，包括步驟如下：

(1)建立輪胎模型和整車動力學模型；

(2)定義輪胎特性區域，劃分輪胎線性區域、弱非線性區域、強非線性區域和飽和區域；