[发明专利]考虑控制区域的极限工况下车辆横纵向稳定控制方法

说明书

一种考虑控制区域的极限工况下车辆横纵向稳定控制方法，属于车辆安全控制技术领域。本发明的目的是根据车辆状态所处的不同的区域考虑不同的稳定性控制需求，在模型预测控制的框架下设计稳定性控制器，得到附加转矩作用于轮毂电机，调整车辆行驶姿态，从而保证车辆横纵向稳定性的考虑控制区域的极限工况下车辆横纵向稳定控制方法。本发明的步骤：构建极限驾驶工况；在不同的区域需要满足针对驾驶安全的不同控制需求；将映射为稳定性控制器设计中的不同控制目标及约束的变化；作用于轮毂电机形成闭环系统。本发明在保证模型准确描述特性的同时保证了控制器的求解实时性。

技术领域

本发明属于车辆安全控制技术领域。

背景技术

随着汽车保有量的增加，电动汽车的出现有效改善了能源短缺与环境污染问题。四轮轮毂驱动电动汽车，因其各车轮独立可控，可通过车辆动力学控制分别附加驱动/制动转矩，在车辆稳定控制方面有着更大的潜力。而在极限工况下，车辆很容易失稳并引发交通事故，此时耦合的车辆横纵向动力学之间互相影响，使得目前已有的主动安全系统很难发挥其控制功能，于是有必要利用控制算法提高车辆横纵向稳定性。在稳定性控制中引入关于横摆角速度和质心侧偏角的控制区域并进行划分，并在不同的区域中考虑不同的控制性能，可更好地提高车辆整体稳定性和驾驶安全性。

目前考虑控制区域的极限工况下车辆横纵向稳定控制存在以下问题：

1、即使车辆在行驶过程中各个时刻状态可能处于不同的控制区域，多数控制方法仍在各区域考虑同样的控制需求，而不是根据当前状态所需的稳定性控制需求实时变化，虽然也可进行较有效的控制，但并不能完全的发挥其控制性能，这限制了控制区域在车辆稳定性控制中的应用潜能。

2、现有的多数四轮轮毂驱动电动汽车横纵向稳定控制方法在利用轮胎模型拟合轮胎力时，没有考虑轮胎在极限工况下存在的复合滑移特性，并且忽略了纵、侧向力与滑移率和侧偏角之间的耦合非线性关系，这使得轮胎力的计算不够准确从而会影响预测模型精度。

3、多数现有的极限工况下车辆稳定性控制方法为了准确地描述车辆、轮胎动力学，使用较为复杂的非线性模型，而增加了求解复杂度，使得控制器的求解只能选择复杂的求解工具，且不能保证控制系统的实时性。

发明内容

本发明的目的是根据车辆状态所处的不同的区域考虑不同的稳定性控制需求，在模型预测控制的框架下设计稳定性控制器，得到附加转矩作用于轮毂电机，调整车辆行驶姿态，从而保证车辆横纵向稳定性的考虑控制区域的极限工况下车辆横纵向稳定控制方法。

本发明步骤是：

S1、利用仿真软件CarSim搭建四轮轮毂电机驱动电动汽车模型，构建极限驾驶工况；

其特征在于：

S2.根据当前的驾驶行为以及路况信息，考虑车辆横-纵-垂向动力学特性，给出在线的车辆控制控制区域边界条件，并将其划分为稳定区、临界稳定区和不稳定区，在不同的区域需要满足针对驾驶安全的不同控制需求；

控制需求设置根据驾驶员行为以及路况信息在线得到关于横摆角速度γ和质心侧偏角β的控制区域，当前车辆状态(β,γ)判断出所处区域位置，针对车辆状态可能会处于不同区域的情况，需要满足的控制需求也会随之变化，其中不同区域是指稳定区域R1、临界稳定区域R2、不稳定区域R3；

当车辆状态逐渐远离稳定区，即从稳定区域R1过渡到临界稳定区域R2再到不稳定区域R3时，各目标函数权重值呈S型曲线形式变化如下：