[发明专利]一种拓宽汽车稳定域的主动后轮转向控制方法

说明书

一种拓宽汽车稳定域的主动后轮转向控制方法，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、Carsim汽车模型。参考模型用于确定期望的汽车横摆角速度和质心侧偏角；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、质心侧偏角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CarSim汽车模型，控制汽车实现稳定性控制。

技术领域：

本发明涉及汽车稳定性控制领域，特别是关于一种拓宽汽车稳定域的主动后轮转向控制方法。

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，其中主动后轮转向(Active Rear Steering,ARS)技术作为一种提高汽车稳定性的有效手段已得到了广泛的认可，运用ARS技术，可以有效地减小低速行驶时汽车的转弯半径，提高高速行驶时汽车的稳定性。

目前，ARS所采用的控制方法主要有PID控制、鲁棒性控制、神经网络控制和模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)等方法，其中模型预测控制因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。

根据其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，因此导致汽车的稳定域较窄，而能表征汽车非线性动力学特性的非线性MPC虽然能够拓宽汽车的稳定域，但控制器计算负担太重，实时性差，因此很难应用于实际。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[CairanoS D,Tseng H E,Bernardini D,et al.Steering Vehicle Control by Switched ModelPredictive 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而导致的汽车稳定域窄的问题。本发明提供一种拓宽汽车稳定域的主动后轮转向控制方法，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，减小系统的计算负担，在表征汽车的非线性动力学特性的同时拓宽汽车的稳定域，保证汽车在极限工况下的稳定性。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

一种拓宽汽车稳定域的主动后轮转向控制方法，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、Carsim汽车模型；参考模型用于确定期望的汽车横摆角速度和质心侧偏角；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、质心侧偏角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CarSim汽车模型，控制汽车实现稳定性控制；

该方法包括以下步骤：