[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

说明书

本发明公开了一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，步骤如下：建立车辆三自由度侧翻动力学模型，包括横向运动、横摆运动和侧倾运动；结合上述建立的车辆三自由度模型，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，求出了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，并通过基于模糊PI控制的前轮差动制动模块进行防侧翻制动压力控制。本发明可以有效警示驾驶员车辆有侧翻风险，同时应用模糊自适应控制，可以达到较好的防侧翻控制效果。

技术领域

本发明涉及汽车安全技术领域，具体涉及一种一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法。

背景技术

车辆侧翻是一种十分严重的交通事故，在汽车事故中，侧翻的危害程度仅次于碰撞事故，居第二位。侧翻事故会造成严重的人员伤亡和财产损失。及时且准确地预测汽车的行驶状态，并将车辆的实时状态参数及时地传递给驾驶人员和主动防侧翻控制系统，可以在一定程度上避免车辆发生侧翻。

侧翻预警指标是一种表征车辆侧翻状态的指标，传统的侧翻指标采用横向载荷转移率、侧倾角、侧向加速度等，然而传统的预警指标只能表征当前时刻的车辆侧翻状态，无法对车辆未来的侧翻状态及时地表征，如靳立强等在《基于零力矩点指标和侧翻时间算法的车辆侧翻预警[J].汽车工程.2017.39(3).281-287》中利用零力矩点位置作为侧翻预警指标来对车辆状态进行表征，并基于零力矩点来计算侧翻预警时间，但由于零力矩点仅能表征当前车辆状态，利用其计算的侧翻预警时间无法对未来时刻进行预测，这就导致车辆预警存在时滞性，同时预警精度不高，从而使得主动防侧翻控制系统无法及时对车辆进行控制。而传统的主动防侧翻控制系统采用简单的PID控制器，参数调节繁琐且适用性较差，导致控制效果欠佳。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法：本发明对零力矩点位置进行改进，提出二次预测型零力矩点位置，并基于此计算侧翻预警时间，该预警方法可以表征车辆未来的侧翻状态，预警精度更高；本发明提出的防侧翻控制系统具有参数自适应性，使得防侧翻控制效果更好，可以有效地避免车辆发生侧翻。

本发明所采用的技术方案为：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。

进一步地，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；