一种极限工况下汽车横纵向稳定性协同控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111391822A(43)申请公布日2020.07.10(21)申请号202010228385.2(22)申请日2020.03.27(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人王萍李梓涵张曦月胡云峰陈虹(74)专利代理机构长春吉大专利代理有限责任公司22201代理人杜森垚(51)Int.Cl.B60W30/02(2012.01)B60W50/00(2006.01)权利要求书4页说明书10页附图4页(54)发明名称一种极限工况下汽车横纵向稳定性协同控制方法(57)摘要本发明公开了一种极限工况下汽车横纵向稳定性协同控制方法，首先，利用仿真软件CarSim得到四轮轮毂电机驱动电动汽车模型；其次，设计二自由度参考模型，通过二自由度参考模型推导出车辆侧向速度和横摆角速度的期望值；然后，为降低求解复杂度采用双层控制结构，上层采用NMPC控制器，以保证车辆横纵向稳定为控制目标，并考虑横纵向安全约束进行优化求解，得到虚拟控制量——轮胎滑移率和侧偏角的期望值；最后，下层根据轮胎实际的滑移率和侧偏角与上层给出的期望值之间的偏差得到附加转矩作用于轮毂电机，从而保证车辆横纵向的稳定性。CN111391822ACN111391822A权利要求书1/4页1.一种极限工况下汽车横纵向稳定性协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、利用仿真软件CarSim得到四轮轮毂电机驱动电动汽车模型，实时提供车辆的各状态信息；步骤二、二自由度参考模型设计，得到考虑路面附着系数限制的车辆横摆角速度和车辆侧向速度的期望值，确定车辆的理想运动状态；步骤三、上层NMPC控制器设计：基于三自由度车辆动力学模型，考虑轮胎的复合滑移特性建立复合滑移LuGre轮胎模型，设计预测模型，使车辆的横摆角速度和侧向速度能够跟踪其期望值，并抑制轮胎纵向的滑移，以轮胎滑移率和侧偏角为虚拟控制量，优化求解得到的虚拟控制量作为下层控制的期望值；步骤四、下层附加转矩计算：根据轮胎实际的滑移率和侧偏角与上层给出的期望值之间的偏差量，利用轮胎纵向力与滑移率、侧偏角之间的动力学关系，基于纵向力的变化计算轮毂电机的附加转矩，发送给电动汽车作为输入量。2.如权利要求1所述的一种极限工况下汽车横纵向稳定性协同控制方法，其特征在于，所述步骤二中，设计的二自由度参考模型，其方程如下：其中，β为车辆质心侧偏角，γ为横摆角速度，δ是驾驶员给出的方向盘转角，Vx代表车辆纵向速度；将儿子有度参考模型得到的瞬态响应作为期望，得到由δ到质心侧偏角和横摆角速度的期望响应β*和γ*：其中，Kβ,Kγ分别代表质心侧偏角稳态增益及横摆角速度稳态增益，τβ,τγ分别为两式的微分系数，ωn表示系统的振荡频率，ξ表示阻尼系数；期望的质心侧偏角β*和横摆角速度γ*都会受到有关路面附着系数的限制，它们的上限值分别为：2CN111391822A权利要求书2/4页其中，μ代表路面附着系数，重力系数g＝9.8m/s2；得到参考质心侧偏角和参考横摆角速度如下：*βref＝sgn(δ)min{|β|,βlim}*γref＝sgn(δ)min{|γ|,γlim}在质心侧偏角较小时，其值可看作是车辆侧向速度与纵向速度的比值，故根据βref可得到侧向速度的参考值Vyref如下：*Vyref＝sgn(δ)Vx·min{|β|,βlim}。3.如权利要求1所述的一种极限工况下汽车横纵向稳定性协同控制方法，其特征在于，所述步骤三包括以下步骤：①考虑车辆的纵向，侧向及横摆运动，得到三自由度车辆动力学模型：其中，Vy为车辆侧向速度，Fx和Fy分别代表轮胎的纵向力和侧向力，下标fl,fr,rl,rr分别代表左前、右前、左后和右后车轮；轮胎的纵向滑移率其中ω代表车轮转速；②利用复合滑移LuGre轮胎模型对轮胎纵向力Fx和侧向力Fy的描述如下：其中，σ0x和σ0y分别代表纵向、侧向刚度系数，σ2x和σ2y分别代表纵向、侧向粘滞阻尼，κx和κy分别为纵向、侧向载荷分布系数；为合成滑移率；g(sres)是关于滑移率和侧偏角的斯特里贝克方程，可近似计算为g(sres)≈C1-C2λ-C3α，其中C1＝1,C2＝0.64,C3＝0.1；Fz为轮胎的垂向载荷；③由三自由度车辆动力学模型与轮胎模型得到面向控制器设计的预测模型：3CN111391822A权利要求书3/4页其状态量x由车辆纵向速度、侧向速度和横摆角速度组成，将它们进行归一化处理，即：其中Vxmax,Vymax,γmax分别为车辆纵向速度、侧向速度、横摆角速度的上限值，Vymax＝Vx·βlim，γmax＝γlim；控制量u为轮胎期望的滑移率和侧偏角，求解得到的虚拟控制量其中λmax,αfmax,αrmax分