[发明专利]一种基于微分平坦的车辆稳定转向集成控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆稳定转向控制方法，特别是一种基于微分平坦的整体式集成式稳定转向控制方法。

背景技术

车辆在高速紧急避障、高速转弯行驶和在低附着路面上转弯行驶等极限工况下，轮胎极易进入非线性工作区域。如果作用于车轮的驱动(制动)力矩过大，轮胎易产生侧滑，导致车辆失稳；如果方向盘转角值不适宜，则易导致车辆失稳，造成车祸。因此有必要对车辆转向角和轮胎驱动或制动力矩进行联合控制，使轮胎产生合理的纵向力和侧向力组合，最终驱使车辆顺利过弯。

从车辆驱动和转向集成控制的控制算法方面来看，主要有线性控制和非线性控制方法两种。目前，普遍考虑将非线性车辆系统利用微分平坦方法或反馈线性化方法进行处理以后，用线性控制方法来解决车辆系统的控制问题。

现有微分平坦控制器存在的问题是，将有经验驾驶员的驾驶数据作为控制器的期望，对于没有驾驶过的道路就无法给出控制器的期望，难以工程应用。此外，控制器的设计均针对某一固定车速、或者固定初速度和减速度、亦或者固定期望速度序列或在某一路径下的控制效果，没有研究车辆行驶速度不同或在不同线形的道路上行驶时控制器的介入强度问题。

发明内容

本发明的目的就是为解决目前车辆在不同线形的道路上行驶时控制器的介入技术存在的缺陷，提出一种基于微分平坦的车辆稳定转向集成控制方法，以实现车辆在各种路径工况下平稳顺利过弯。

本发明一种基于微分平坦的车辆稳定转向集成控制方法，包括以下步骤：

步骤S1.通过实时采集的道路信息—道路曲率半径R^ref和车辆状态信息—车辆纵向速度v_x，计算车辆系统的期望状态变量，即控制器的期望—期望纵向速度期望侧向速度和期望横摆角速度ω^ref；

1)根据采集到的道路曲率半径R^ref，采用入弯减速出弯加速的原则按下式计算期望纵向速度

式中：v₀为入弯时刻速度；

2)根据道路曲率半径R^ref和上述计算得到的期望纵向速度采用稳态转向的运动学公式计算车辆的期望横摆角速度：

3)根据道路曲率半径R^ref和上述计算得到的期望纵向速度按下式计算车辆的期望侧向速度：

步骤S2.以步骤S1计算得到的期望纵向速度期望侧向速度和期望横摆角速度ω^ref作为控制器的期望，计算控制器输出量—输出力矩和输出转向角

1)根据步骤S2计算得到的期望纵向速度期望侧向速度和期望横摆角速度ω^ref及其导数计算期望微分平坦输出量及其导数

同时，根据车载传感器实时采集的车辆实际纵向速度v_x、侧向速度v_y和横摆角速度ω，计算实际微分平坦输出量y₁、y₂：

以上式中：l_f为前轴到质心距离；m为汽车质量；I_z为汽车绕z轴的转动惯量；z轴为通过汽车质心并垂直于地面向上的坐标轴；

2)以上述计算得到的期望微分平坦输出量及其导数和实际微分平坦输出量y₁、y₂作为输入，计算PID输出量

式中：

3)以上述计算得到的PID输出量作为输入，计算控制器的输出量—输出力矩和输出转向角

这里的f₁、f₂、f₃分别为：

其中，m为汽车质量，I_z为汽车绕z轴的转动惯量，l_f为前轮到质心的距离，l_r为后轮到质心的距离，l为轴距，C_f、C_r为前后轮侧偏刚度，ω_f、ω_r为汽车前后轮角速度，为汽车前后轮角加速度，R_e为车轮滚动半径，I_w为车轮转动惯量，ρ为空气密度，C_x为纵向空气阻力系数，A_x为纵向迎风面积；