一种适用于冰雪道路工况的转向制动联合避撞控制方法.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CN110217227A(43)申请公布日2019.09.10(21)申请号201910551940.2(22)申请日2019.06.25(71)申请人长春工业大学地址130012吉林省长春市延安大街2055(72)发明人李绍松王枫王国栋崔高健于志新王书君田云胜王帅(51)Int.Cl.B60W30/09(2012.01)B60W50/00(2006.01)权利要求书5页说明书13页附图3页(54)发明名称一种适用于冰雪道路工况的转向制动联合避撞控制方法(57)摘要一种适用于冰雪道路工况的转向制动联合避撞控制方法，其特征在于，该方法包括避撞路径规划模块、轮胎模型线性化模块、MPC控制器和CarSim汽车模型；避撞路径规划模块用于计算避撞路径的参考侧向位移和横摆角；轮胎模型线性化模块用于实现预测时域内非线性轮胎力的线性近似；CarSim汽车模型用于输出汽车的实际状态量，包括汽车纵向速度、侧向速度、横摆角速度、横摆角和侧向位移；MPC控制器根据参考侧向位移、横摆角以及汽车的实际状态量，求解出汽车的前轮转角和各个车轮的制动力并输入给CarSim汽车模型，控制汽车实现避撞控制。CN110217227ACN110217227A权利要求书1/5页1.一种适用于冰雪道路工况的转向制动联合避撞控制方法，其特征在于，该方法包括避撞路径规划模块、轮胎模型线性化模块、MPC控制器和CarSim汽车模型；避撞路径规划模块用于计算避撞路径的参考侧向位移和横摆角；轮胎模型线性化模块用于实现预测时域内非线性轮胎力的线性近似；CarSim汽车模型用于输出汽车的实际状态量，包括汽车纵向速度、侧向速度、横摆角速度、横摆角和侧向位移；MPC控制器根据参考侧向位移、横摆角以及汽车的实际状态量，求解出汽车的前轮转角和各个车轮的制动力并输入给CarSim汽车模型，控制汽车实现避撞控制；该方法包括以下步骤：步骤1、设计避撞路径规划模块，确定参考侧向位移和横摆角；步骤2、设计轮胎模型线性化模块，实现预测时域内非线性轮胎力的线性近似，其过程包括如下子步骤：步骤2.1、设计非线性轮胎模型，得到轮胎侧向力Fy的表达式；步骤2.2、轮胎模型线性化方程设计，其过程包括如下子步骤：步骤2.2.1、轮胎状态刚度定义，定义轮胎状态刚度C为每一侧偏角α下，侧向力与该侧偏角的比值，表达式如下：其中，各个轮胎的侧偏角分别定义如下：其中，下标fl，fr，rl，rr分别指前左、前右、后左和后右轮轮胎；δf为前轮转角；为汽车侧向速度；为汽车纵向速度；γ为汽车横摆角速度；lf与lr分别为汽车质心到前轴和后轴的距离；步骤2.2.2、轮胎模型性化方程设计，将步骤2.1的式(2)得到的轮胎侧向力和步骤2.2.1的式(15)得到的轮胎侧偏角代入步骤2.2.1的式(14)可得到每个轮胎的轮胎状态刚度，基于得到的轮胎状态刚度，各个轮胎的侧向力可线性化表示为：Fy,ij＝Cij·αij(16)其中，下标ij＝fl，fr，rl，rr；步骤2.3、预测时域内轮胎状态刚度预测和轮胎模型线性化，其过程包括如下子步骤：步骤2.3.1、建立汽车运动学模型，其表达式如下：其中，Fy,f＝Fy,fl+Fy,fr，为前左、前右轮轮胎侧向力之和，表示汽车的前轴侧向力；Fy,r＝Fy,rl+Fy,rr，为后左、后右轮轮胎侧向力之和，表示汽车的后轴侧向力；Iz为绕汽车质心铅垂2CN110217227A权利要求书2/5页轴的横摆转动惯量；为汽车横摆角加速度；Fb，fl，Fb,fr，Fb,rl和Fb,rr分别为前左、前右、后左和后右轮的制动力；w为汽车左右轮距；m为汽车质量；为汽车侧向加速度；为汽车在大地坐标系中的横摆角变化率；为汽车在大地坐标系中侧向位移的变化率；为汽车在大地坐标系中的横摆角；步骤2.3.2、预测时域内轮胎状态刚度预测，将步骤1得到的参考侧向位移Yref和横摆角代入步骤2.3.1中的汽车运动学模型，可以推导出预测的轮胎状态刚度的表达式：其中，Cf,pre为预测的前轴的轮胎状态刚度；Cr,pre为预测的后轴的轮胎状态刚度；参考横摆角的二阶导；为参考侧向位移的二阶导；为参考侧向位移的一阶导；和κμ,F为补偿附着系数影响的调节因子；ε是避免分母为零的极小数；由于轮胎力附着极限的影响，轮胎状态刚度应满足约束：其中，下标i＝f，r分别指前后轴；μ为路面附着系数；Fz为轮胎垂直载荷；在当前时刻向前取P个参考路径数据，即可得到未来预测时域内的轮胎状态刚度：其中，上标k表示当前时刻；上标k+n表示未来第n时刻，n＝0,1,…P；函数f(·)表示式(18)；预测的轮胎状态刚度变化量可以表示为：最终可以得到预测时域内的轮胎状态刚度：其中，表示当前时刻的轮胎状态刚度，由步骤2