[發明專利]一種考慮輪胎縱滑力學特性的汽車縱向速度跟蹤控制系統的控制方法

有效

• 申請號: 202110700828.8
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113296552B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 孫曉強;胡偉偉;吳鵬程;蔡英鳳;陳龍
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G05D13/62
• 分類號: G05D13/62;G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種考慮輪胎縱滑力學特性的汽車縱向速度跟蹤控制系統的控制方法，包括以下步驟：1、準確獲取輪胎非線性縱滑力學特性試驗數據，完成輪胎縱滑力學特性分段仿射辨識；2、構建包括前述輪胎縱滑力學特性分段仿射辨識模型在內的汽車縱向動力學系統正向數學模型；3、設計汽車縱向速度分層式跟蹤控制策略，上位控制器輸出為汽車期望縱向加速度，下位控制器輸出為實際控制加速度；4、將設計好的系統控制律刷寫至車載控制單元，所述車載控制單元根據傳感器輸入信號計算出實際控制的發動機節氣門開度和制動系統制動壓力。本發明能夠在充分考慮輪胎非線性縱滑力學特性的基礎上，對汽車縱向速度進行有效的跟蹤控制，控制精度高、實時性好。

技術領域

本發明涉及一種考慮輪胎縱滑力學特性的汽車縱向速度跟蹤控制方法，特指是在完成輪胎縱滑力學特性分段仿射辨識的基礎上，構建汽車縱向動力學正向模型和逆向模型，進而進行汽車縱向速度跟蹤控制系統設計，屬于車輛系統動力學模擬及其控制技術領域。

背景技術

作為智能交通系統的重要組成部分，智能汽車可在不同道路環境下實現自主駕駛，代表了汽車未來發展的重要方向。速度跟蹤控制是智能汽車領域中的關鍵技術之一。然而，在特殊行駛工況下如何保證智能汽車速度跟蹤控制性能仍存在較大的挑戰，當車輛處于濕滑路面或急加速/急減速行駛工況下，輪胎縱滑力學特性表現出高度的非線性，因此，考慮輪胎非線性縱滑力學特性的速度跟蹤控制研究對于提高智能汽車行駛安全和運動控制性能具有重要意義。

以往智能汽車速度跟蹤控制研究中，輪胎非線性縱滑特性往往被忽略，近似認為輪胎縱向力與其影響因素之間呈線性關系，但這種處理方式并不符合客觀事實，從而導致智能汽車速度跟蹤控制性能不佳。即使部分研究考慮了輪胎非線性縱滑力學特性，但由于所采用的輪胎模型形式復雜，導致其控制策略設計難度大、實時性較差，難以滿足智能汽車速度跟蹤在濕滑路面或急加速/急減速等行駛工況下，采樣間隔短、動態變化快等要求，因此，難以滿足實際工程需要。

目前輪胎力學特性模型主要可分為半經驗模型、經驗模型和物理模型等三類，這些模型大都能以較高的精度反應輪胎實際力學特性，但是這些模型結構復雜、需要擬合的參數較多，不利于車輛縱向動力學控制策略設計。在實際工業過程中，許多被控對象的物理特性都呈現出復雜動態特征，因而這類對象很難通過解析手段獲取的機理模型進行準確描述。分段仿射系統的提出為該類問題的解決提供了可能，根據實際控制經驗，絕大多數非線性系統在某一局部工作點附近的動態特性均可表示為一個穩定的仿射系統。與此同時，結合模型先驗信息進行系統辨識已成為獲取系統等價解析模型的有效手段。據此，本發明采用基于數據驅動的多輸入多輸出分段仿射辨識方法進行輪胎縱滑特性的有效辨識，通過將系統在各局部工作點處進行離散分解，然后運用線性仿射方法描述系統各個局部特征，從而實現系統完整動態特性的有效逼近。在此基礎上，構建汽車縱向動力學正向模型和逆向模型，而后完成汽車縱向速度跟蹤控制系統設計，以期進一步提升智能汽車縱向運動控制性能。

發明內容

本發明的目的在于提出考慮輪胎縱滑力學特性的汽車縱向速度跟蹤控制方法，以進一步提升特殊行駛工況下智能汽車速度跟蹤控制性能。

為達成上述目的，本發明所采用的技術方案為：

步驟1，進行輪胎縱滑力學特性試驗，準確獲取反映輪胎非線性縱滑力學特性的試驗數據，完成輪胎縱滑力學特性的分段仿射辨識；所述輪胎縱滑力學特性辨識模型的輸入為輪胎縱向滑移率和輪胎垂向載荷，輸出為輪胎縱向力；所述輪胎縱滑力學特性分段仿射辨識主要包括試驗數據聚類、仿射子模型參數估計以及分界面系數矩陣求解等三個環節；所述三個環節分別采用改進的模糊C均值算法、加權最小二乘算法以及支持向量機算法進行實現；完成所述辨識環節后，將輪胎縱滑特性分段仿射辨識模型的仿真輸出數據與實際試驗數據進行對比，確保輪胎縱滑力學特性辨識模型的精度滿足系統控制設計要求；

步驟2，構建包括前述輪胎縱滑力學特性分段仿射辨識模型在內的汽車縱向動力學系統正向數學模型，包括發動機模型、液力變矩器模型、自動變速器換擋模型、制動系統模型、車輪動力學模型、滑移率計算模型以及車身縱向受力分析模型等；