[发明专利]一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法

权利要求书

1.一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，包括以下步骤：

建立车辆三自由度侧翻动力学模型；

结合上述建立的车辆三自由度侧翻动力学模型，建立侧翻预警指标零力矩点，计算出零力矩点横向位置的一次及二次变化率；

基于零力矩点横向位置的二次变化率，求出侧翻预警时间的解析解；当前侧翻预警时间小于上限值时，进行车辆侧翻预警，触发防侧翻控制系统；

当触发防侧翻控制系统时，通过基于模糊PI控制的前轮差动制动模块进行防侧翻制动压力控制；

所述车辆三自由度侧翻动力学模型包括沿Y轴的侧向运动、绕Z轴的横摆运动，以及绕X轴的侧倾运动：轮胎模型忽略了轮胎侧偏力非线性因素的影响，基于侧翻系统的微分方程和状态方程，并根据方向盘转角、纵向车速，计算得到车辆的侧向加速度值、侧倾角和侧倾角速度值；

考虑到侧向运动、横摆运动和侧倾运动的相互耦合作用，得到侧翻系统的微分方程：

式中：m为整车质量；v_y是侧向车速；m_s为簧载质量；h为簧载质量质心到侧倾轴的距离；为簧载质量的侧倾角；k_f和k_r分别为前后轮的总侧偏刚度；v_x是纵向车速；l_f和l_r分别是前后轴到质心的距离；ω_r是横摆角速度；I_z是整车的横摆转动惯量；δ是前轮转角；I_x是簧载质量绕侧倾轴的转动惯量；是等效侧倾角阻尼系数；是等效侧倾角刚度；g是重力加速度；

将系统的状态方程缩减为四维的，取状态变量为：

式中：T代表转置，β为质心侧偏角；为侧倾角的一次导数；

侧翻系统的状态方程可表示为：

其中：A和B是侧翻系统状态方程的系数矩阵；

结合方向盘转角、纵向车速、系统的微分方程和状态方程，计算得到车辆的侧向加速度值、侧倾角和侧倾角速度值；

所述结合上述建立的车辆三自由度侧翻动力学模型，建立侧翻预警指标零力矩点，计算出零力矩点横向位置的一次及二次变化率，具体包括：

根据所计算得到的侧向加速度值、侧倾角和侧倾角速度值建立侧翻预警指标零力矩点横向位置坐标：

式中，m是整车质量；m_s是簧载质量；m₂是非簧载质量；a_y为横向加速度；h为簧载质量质心到侧倾轴的距离；h₂为非簧载质量质心到地面的距离；h_r为侧倾轴到地面的距离；为簧载质量的侧倾角；I_x是簧载质量绕侧倾轴的转动惯量，h_r是侧倾轴到地面的距离；

定义二次预测型零力矩点横向位置：从当前时刻，历经Δt时间后的车辆侧翻指标值；二次预测型零力矩点横向位置表达式为：

基于车辆三自由度侧翻动力学模型，进行小角度假设，并对侧倾角加速度导数和侧向加速度导数进行变换，最终得到由侧向加速度、横摆角速度、纵向车速、前轮转角和侧倾角构成的零力矩点横向位置的一次及二次变化率；

定义侧翻预警时间TTR，即从当前时刻的车辆状态到发生侧翻时所经过的时间，当S_PZMP＝侧翻预警指标上限值时，求出的Δt即为侧翻预警时间TTR，其中，S_PZMP为二次预测型零力矩点横向位置；

故当零力矩点横向位置的二次变化率不等于零时，侧翻预警时间TTR为：

式中，y_ZMP,d是侧翻预警指标零力矩点横向位置的上限值；

当等于零且不为零时，侧翻预警时间TTR表示为：

当和均为零时，此时y_ZMP已经达到了稳定状态，若|y_ZMP|＜|y_ZMP,d|，则判定侧翻预警时间为预警时间上限值，即认为此时没有侧翻的风险，若|y_ZMP|＞|y_ZMP,d|且外界条件不再改变时，认为即将发生侧翻，触发控制系统进行防侧翻控制。