[发明专利]一种体现汽车非线性特性的横摆稳定性控制方法

说明书

一种体现汽车非线性特性的横摆稳定性控制方法，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、Carsim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；CarSim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控制器依据轮胎侧偏刚度选择预测模型，并结合期望的汽车横摆角速度和汽车的实际运动状态信息，优化求解出汽车的前轮附加转角，与驾驶员转向输入产生的前轮转角进行叠加，输出给CarSim汽车模型，控制汽车实现横摆稳定性控制。

技术领域

本发明涉及汽车横摆稳定性控制领域，特别是关于一种体现汽车非线性特性的横摆稳定性控制方法。

背景技术

随着人们对汽车行驶安全性越来越重视，汽车主动安全系统得到快速发展，其中主动前轮转向(Active Front Steering,AFS)技术作为一种有效的横摆稳定性控制系统被广泛应用。目前，AFS所采用的控制方法主要有PID控制、滑模变结构控制和模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)等方法，其中模型预测控制能较好地处理多目标任务以及系统约束，在汽车稳定性控制领域得到了广泛的应用。

根据采用的预测模型以及优化方法的不同，MPC可分为线性MPC和非线性MPC。线性MPC凭借其计算负担少，计算速度快而得到广泛使用，然而线性MPC却不能表征非线性区域的轮胎侧偏特性，而能表征汽车非线性动力学特性的非线性MPC计算负担太重，实时性差，很难应用于实际。论文[陈杰,李亮,宋健.基于LTV-MPC的汽车稳定性控制研究[J].汽车工程，2016，38(3):308-316.]采用一种线性时变的MPC方法，通过对目标横摆角速度的限幅，实现极限工况的汽车稳定性控制，减少系统的计算负担。但是，目标横摆角速度幅值的限制依赖于车速和路面附着系数的精确估计，并且当轮胎侧向力饱和时，所采用的线性时变MPC方法不能体现出轮胎侧向力(绝对值)随着轮胎侧偏角的增加而减小的非线性变化特性。论文[Cairano S D,Tseng H E,Bernardini D,et al.Steering Vehicle Control bySwitched Model Predictive Control[J].IFAC Proceedings Volumes,2010,43(7):1-6.]根据汽车的运动状态设计一种切换控制器，考虑了极限工况下轮胎侧向力(绝对值)随着轮胎侧偏角的增加而减小的变化特性，但是该方法采用的仍然是线性的轮胎模型，不能表征汽车的非线性动力学特性。

发明内容

为了解决现有的线性MPC方法不能全面表征汽车的非线性动力学特性进而导致的控制精度低以及控制器稳定域窄的问题。本发明提供一种体现汽车非线性特性的横摆稳定性控制方法，能够根据轮胎侧偏刚度值自动切换预测模型，并采用线性时变的方法将非线性预测控制问题转换成线性预测控制问题，在表征汽车非线性动力学特性的同时减小系统的计算负担，保证汽车在极限工况下的横摆稳定性。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种体现汽车非线性特性的横摆稳定性控制方法，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、Carsim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；CarSim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控制器依据轮胎侧偏刚度选择预测模型，并结合期望的汽车横摆角速度和汽车的实际运动状态信息，优化求解出汽车的前轮附加转角，与驾驶员转向输入产生的前轮转角进行叠加，输出给CarSim汽车模型，控制汽车实现横摆稳定性控制；

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：