一种极限工况下保持汽车横向稳定的四轮转向控制方法.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CN108099900A(43)申请公布日2018.06.01(21)申请号201711361687.1(22)申请日2017.12.18(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)发明人李绍松王国栋郭陆平郑顺航李政崔高健张袅娜卢晓晖韩玲(51)Int.Cl.B60W30/045(2012.01)权利要求书4页说明书9页附图4页(54)发明名称一种极限工况下保持汽车横向稳定的四轮转向控制方法(57)摘要一种极限工况下保持汽车横向稳定的四轮转向控制方法，其特征在于，该方法包括参考模型、轮胎侧向力和侧偏刚度处理器、MPC控制器、汽车模型。参考模型用于确定期望的汽车横摆角速度；轮胎侧向力和侧偏刚度处理器用于确定轮胎的侧偏角、侧向力和侧偏刚度；汽车模型用于输出汽车的实际运动状态信息，包括汽车纵向速度、横摆角速度、质心侧偏角和路面附着系数；MPC控制器结合期望的汽车横摆角速度和汽车的实际运动状态信息，优化求解出汽车的后轮转角，输出给汽车模型，控制汽车实现极限工况下的横向稳定性。CN108099900ACN108099900A权利要求书1/4页1.一种极限工况下保持汽车横向稳定的四轮转向控制方法，其特征在于，该方法包括参考模型、轮胎侧向力和侧偏刚度处理器、MPC控制器、汽车模型，参考模型用于确定期望的汽车横摆角速度；轮胎侧向力和侧偏刚度处理器用于确定轮胎的侧偏角、侧向力和侧偏刚度；汽车模型用于输出汽车的实际运动状态信息，包括汽车纵向速度、横摆角速度、质心侧偏角和路面附着系数；MPC控制器结合期望的汽车横摆角速度和汽车的实际运动状态信息，优化求解出汽车的后轮转角，输出给汽车模型，控制汽车实现极限工况下的横向稳定性；该方法包括以下步骤：步骤1、建立参考模型，确定期望的汽车横摆角速度，其过程包括如下子步骤：步骤1.1、采用线性二自由度汽车模型作为参考模型，其运动微分方程表达式如下：其中：β是汽车质心侧偏角；γ是汽车横摆角速度；Iz是绕汽车质心的铅垂轴的横摆转动惯量；Ux是汽车纵向速度；lf和lr分别是汽车质心至前、后轴的距离；Cf和Cr分别是汽车前、后轮轮胎的侧偏刚度；δf是驾驶员操纵方向盘产生的汽车前轮转角；步骤1.2、基于公式(1)得到期望的汽车横摆角速度：其中：γref是期望的汽车横摆角速度；其为稳定性因数；步骤2、设计轮胎侧向力和侧偏刚度处理器，其过程包括如下子步骤：步骤2.1、设计轮胎侧偏角计算模块，前、后轮轮胎侧偏角通过下式计算获得：其中：αf和αr分别是汽车前、后轮轮胎的侧偏角；δf是驾驶员操纵方向盘产生的汽车前轮转角，δr是控制器优化求解出的汽车后轮转角；步骤2.2、设计轮胎侧向力和侧偏刚度计算模块，为了获得后轮轮胎的非线性特性，基于Pacejka轮胎模型，获取不同路面附着系数下的后轮轮胎侧向力与后轮轮胎侧偏角的关系曲线，得到后轮轮胎侧偏特性三维图；获取不同路面附着系数下的后轮轮胎侧向力对后轮轮胎侧偏角导数的关系曲线，得到后轮轮胎侧偏刚度特性三维图；轮胎侧向力和侧偏刚度处理器将当前时刻实际的后轮轮胎侧偏角和路面附着系数分别输入到后轮轮胎侧偏特性三维图和后轮轮胎侧偏刚度特性三维图，通过线性插值法分别获得当前时刻的后轮轮胎侧向力和后轮轮胎侧偏刚度，输出给MPC控制器；在每个控制周期轮胎侧向力和侧偏刚度处理器更新一次后轮轮胎侧向力和后轮轮胎侧偏刚度数据；其中：Pacejka轮胎模型如下：Fy＝μDsin(Catan(A-E(A-atanA))),A＝B·α2CN108099900A权利要求书2/4页其中：Fy是轮胎侧向力，α是轮胎侧偏角；B，C，D和E取决于车轮垂直载荷Fz；a0＝1.75；a1＝0；a2＝1000；a3＝1289；a4＝7.11；a5＝0.0053；a6＝0.1925步骤3、设计MPC控制器，其过程包括如下子步骤：步骤3.1、建立预测模型，其运动微分方程表达式为：当后轮轮胎侧偏刚度小于0时，后轮轮胎侧向力(绝对值)随后轮轮胎侧偏角的增大而减小，呈现出非线性变化关系，为了表征两者非线性变化特性，构建后轮轮胎侧向力表达式如下：其中：和分别是基于当前时刻的后轮轮胎侧偏角由轮胎侧向力和侧偏刚度处理器获得的后轮轮胎侧向力和侧偏刚度；考虑到前轮转角由驾驶员控制方向盘输入，可认为轮胎侧偏角较小，前轮轮胎侧向力(绝对值)随前轮轮胎侧偏角的增大线性增加，前轮轮胎侧偏刚度为定值，因此构建前轮轮胎侧向力表达式如下：Fy,f＝Cf·αf(6)其中：Cf是前轮轮胎的侧偏刚度，αf是前轮轮胎的侧偏角；最终得到预测模型的微分方程表达式为：将其写成状态空间方程，用于设计预测方程，具体如下:其中：步骤3.2、建立预测方程，用于预测系统未来输出；