[发明专利]一种多时间尺度的车辆横摆稳定性滚动优化控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种考虑驾驶员因素的多时间尺度车辆横摆稳定性滚动优化控制方法，属于车辆横摆稳定性控制技术领域。

背景技术

随着汽车进入社会生产生活中，交通事故的频繁发生，使得交通安全问题逐渐引起了人们的重视，而车辆侧向失稳则是造成交通事故的一个重要原因，因此车辆侧向稳定性问题逐渐得到了消费者和研究人员的广泛关注。传统的车辆侧向稳定控制是以给定的方向盘转角作为输入，通过一个二自由度稳态转向模型得到理想的横摆角速度，并以跟踪上理想横摆角速度作为控制目标，但是使用这种控制方法一旦驾驶员出现误操作，将会导致给定的方向盘转角产生偏差，从而引起车辆失稳并且容易造成交通事故。

在实际驾驶过程中，车辆的方向盘转角并非是任意给定的，而是由驾驶员通过前方道路信息作出判断从而决策出来的。通常驾驶员在驾驶过程中，首先预瞄前方道路信息，然后决策方向盘转角大小，以上过程驾驶员的反应时间为100ms-200ms；而当车辆发生不足转向或过度转向时，底层电子控制单元发生动作使车辆跟踪理想横摆角速度，电子控制单元的单步计算时间为5ms-20ms，因此驾驶员行为与侧向主动安全控制分属不同的时间尺度。

发明内容

为解决由于驾驶员误操作引起的车辆失稳问题，本发明以车辆路径信息为研究起点，考虑驾驶员的侧向行为特性，通过滚动预瞄决策优化得到满足行车路径的方向盘转角；在此基础上，考虑驾驶员行为与车辆侧向主动安全控制的不同时间尺度问题，采用多时间尺度滚动优化方法对车辆侧向稳定性进行控制。其中，以驾驶员决策模块为控制外环，以非线性侧向稳定集成控制器为控制内环，确定了考虑驾驶员因素的多时间尺度车辆横摆稳定双闭环控制器的总体结构。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多时间尺度的车辆横摆稳定性滚动优化控制方法，包括以下步骤：

步骤一、建立简化的车辆动力学模型：用二自由度模型表征车辆的操纵稳定性与车辆的纵向运动和横摆运动之间的关系；

步骤二、根据步骤一建立的车辆动力学模型进行双闭环控制器的设计，双闭环控制器包括驾驶员决策模块和非线性侧向稳定集成控制模块，以驾驶员决策模块与非线性侧向稳定集成控制器构成的控制回路为控制外环，以非线性侧向稳定集成控制器构成的控制回路为控制内环，双闭环控制器的设计具体包括以下步骤：

1)建立驾驶员决策模块，用以模拟驾驶员根据前方道路信息作出的驾驶行为决策：首先根据所述步骤一建立的车辆动力学模型模拟驾驶员对车辆的了解，然后采用搜索算法模拟驾驶员对路径的预瞄行为以获取期望路径信息，最后选择模型预测控制方法模拟驾驶员的预测和优化能力，获得驾驶员方向盘转角信息；

2)设计非线性侧向稳定集成控制器，用以根据上述步骤1)输出的驾驶员方向盘转角信息决策出使车辆保持横摆稳定状态的附加横摆力矩以及优化的方向盘转角信息：非线性侧向稳定集成控制器包含驾驶意图判定模块、非线性控制器模块及制动力分配模块；首先将由上述步骤1)建立的驾驶员决策模块获得的驾驶员方向盘转角信息输入到驾驶员意图判定模块，得到期望的横摆角速度信息；其次，将期望横摆角速度信息输入到非线性控制器模块，根据期望横摆角速度的值以及实时反馈的车辆前后轮侧偏角及横摆角速度，利用模型预测控制方法预测系统的未来动态，同时进行优化，决策出附加横摆力矩以及优化的方向盘转角信息，将优化后的方向盘转角信息输出至车辆系统；最后，制动力分配模块将决策出的附加横摆力矩转化为制动力分配到各个车轮；

步骤三、基于所述步骤二设计的双闭环控制器进行车辆横摆稳定性控制：将道路信息输入双闭环控制器，所述驾驶员决策模块根据输入的道路信息获得相应的驾驶员方向盘转角信息，进而将获得的驾驶员方向盘转角信息输入所述非线性侧向稳定集成控制器，决策出附加横摆力矩以及优化的方向盘转角信息并输出至车辆相应的执行机构，使车辆保持横摆稳定状态。

由于采用了上述的技术方案，本发明的有益效果是：

(1)与现有的车辆侧向稳定系统相比，以行车路径信息为起点，所采用方法可以有效地避免人为误操作所引起的车辆失稳问题。

(2)综合考虑了转向驾驶行为和侧向稳定控制的不同时间尺度。

(3)在高保真车辆动力学仿真软件veDYNA中，以基于实车实验数据所搭建的HQ430车辆模型作为仿真车辆，验证了所设计的车辆横摆稳定双闭环控制器有效性。

附图说明

图1二自由度车辆模型示意图；

图2车辆横摆稳定双闭环控制器结构框图；

图3获取预瞄信息的示意图；

图4驾驶员决策模块流程图