[发明专利]一种基于类PID-STSM的AFS/DYC集成控制方法

说明书

本发明公开了一种基于类PID‑STSM的AFS/DYC集成控制方法，主要步骤为：1、基于车辆二自由度模型，构建以横向加速度a_y和横摆角速度γ为反馈构建质心侧偏角观测器；2、通过解耦并引入扰动项得到被控数学模型；3、设计类PID扰动观测器；4、设计基于类PID扰动观测器的复合超螺旋控制器；5、设计主动前轮转向和直接横摆力矩权重分配策略以及基于垂直载荷的直接横摆力矩系统四轮力矩分配方案。本发明的优点：1、在相同参数下的扰动跟踪精度更高；2、降低超螺旋控制的控制增益，降低系统抖振；3、将极限纵向加速度对应到极限前轮转角，省去了加速度传感器，同时应用更方便；4、集成控制的权重比分配选用连续函数，避免系统在切换点附近来回切换带来的不良影响。

技术领域

本发明涉及车辆控制领域，具体地说是一种基于软件离线编程，构造复合控制器，实现对车辆期望横摆角速度和质心侧偏角的实时跟踪，从而保证车辆的安全稳定性。

背景技术

近年来，随着社会的发展和经济的增长，人们生活水平有了极大提高，全球汽车保有量也不断上升。作为现代社会的一种重要交通工具，汽车的普及给人们的工作和生活带来了极大方便，但同时也引发了一些严重的社会问题，其中车辆的行驶安全问题已成为全球性的社会问题。

由于汽车行驶工况的复杂性，为提高车辆行驶时的主动安全性能，一系列车辆主动安全控制系统，如防抱死制动系统、牵引力控制系统、主动前轮转向系统(AFS)、直接横摆力矩控制系统(DYC)等应运而生。AFS作为一种相对简单的控制策略，可以实现独立于方向盘的转向干预，并且在此过程中少有动力损失。不幸的是，当车辆处于极端路况(低路面附着力，高速转弯，快速制动或加速)时，AFS所能提供的侧向力将受到严重限制，其转向干预也会收到限制甚至失效。与之相反，DYC在极端道路条件下效果非常显著，其可以根据驾驶员的转向意图来调整车辆的横摆运动，但往往伴随着大量的动力损失，从而大大影响驾驶体验。AFS和DYC的集成控制策略是解决上述问题一种方案，其意在结合AFS和DYC的优点，即在保证车辆稳定的同时兼顾驾驶员的舒适性。

对于具有强非线性因素的车辆系统，滑模控制具有简单控制和强大鲁棒性等独特优势。然而，传统滑模的抖振问题一直限制了其应用。研究人员提出了许多解决此问题的方法，例如用连续函数代替切换项，修改趋近律，通过智能算法优化控制器参数等。其中最著名的是Aire Levant提出的高阶滑模思想，它避免了由于控制器中直接包含切换项而引起的颤动问题。超螺旋滑模算法(STSM)作为一种高阶滑模，凭借其不需要滑模面的导数信息而被广泛使用。

此外，由于扰动的存在，我们往往需要取较大的控制增益来抑制扰动对系统的不良影响。这会导致控制律变化太快而引起系统抖振。通过干扰观测技术估算和消除干扰是一种简单实用的方法。常见的干扰观测技术包括干扰观测器(DOB)和扩展状态观测器(ESO)。DOB通常用于估计外部干扰。然而，除了外部干扰之外，车辆系统还受到未建模的动态和参数变化的影响。因此，ESO作为一种致力于处理包括内部扰动(未建模的动力学和参数变化)和外部干扰的集总干扰的方法，更适合于车辆系统。然而，ESO跟踪效果由其待设计的带宽决定，而带宽受到输出干扰和未建模动态的限制，具体来说，增大观测器带宽能更好的跟踪扰动，但同时也会放大输出干扰，并会激发系统的未建模动态。同时，由于ESO扰动估计值由积分得到，这会导致其观测值较实际值有90°的相位滞后，并且带宽的限制会增大此相位滞后的影响。

因此，本发明在非线性扩张状态观测器(NESO)基础上，将NESO的状态跟踪误差的比例和微分也加入到扰动估计项中，提高了其估计精度并在一定程度上减小了由积分带来的相位滞后影响。