一种基于三步法的车辆横摆稳定性控制方法与流程

本发明涉及一种车辆主动安全控制方法，更加具体的来讲，涉及一种基于三步法的车辆横摆稳定性控制方法。

背景技术：
车辆稳定性控制是从国外兴起的汽车电子控制技术，它是在制动防抱死系统和驱动防滑系统的研究基础上发展起来的。稳定性控制概念的起源于利用上述两种系统来解决稳定性问题的思路，但开始研究人员将精力放在算法上进行改进，所以只能处理稳定性的部分问题。这时的系统既没有进行深入的理论分析，也没有配套的硬件设备，所以并不能称之为真正意义上的稳定性控制系统。到了二十世纪九十年代之初，研究人员在理论研究上有所突破，提出了针对横摆运动进行直接地控制调节(DYC：DirectYawControl)的新想法，它从理论上指明了该领域的研究方向。该思路引入对驾驶者的转向意图，再针对横摆运动进行直接地控制调节，保证汽车行驶在稳定区域。这种新想法代表了稳定性控制的概念真正意义上的形成。三步法是一种基于模型的算法流程，主要应用在系统的跟踪控制问题。其设计思路源于在工程中经常采用的“前馈+PID反馈”的控制结构。三步法的基本结构为“稳态控制-前馈控制-误差反馈控制”，每一步都有相应的控制目的，而且，各个部分都包含有系统的状态信息，或者是工况的信息，每次信息的更新结果，使得控制器的增益实现自调节的效果，除此之外，控制算法的结构清晰，简洁，设计目的清楚，明白。三步之间步步相关，而且三步的顺序不能颠倒，所以称之为“三步法”。

技术实现要素：
本发明提供了一种基于三步法的车辆横摆稳定性控制方法，采用分层控制的策略，应用三步法得到前轮转角和附加横摆力矩，并选用二次规划的优化方法对附加横摆力矩进行分配，将附加横摆力矩分配为四个车轮上的制动力作用于车辆。本发明是通过以下技术方案实现的：步骤一、建立简化的车辆动力学模型：用二自由度模型表征车辆的操纵稳定性与车辆的侧向运动和横摆运动之间的关系；步骤二、三步法控制器设计：基于步骤一建立的简化车辆动力学模型，设计三步法控制器，将期望横摆角速度信息输入到三步法控制器，根据期望横摆角速度的值以及实时反馈的车辆侧向加速度、实际横摆角速度、实际质心侧偏角及纵向车速，运用三步法算法流程(稳态控制-前馈控制-误差反馈控制)，决策出附加横摆力矩及前轮转角；步骤三、基于步骤二设计的三步法控制器进行车辆横摆稳定性控制：将前轮转角信息和附加横摆力矩信息输入附加横摆力矩分配模块，该模块将附加横摆力矩分配问题转化为带有约束的二次规划优化问题，将附加横摆力矩分配为四个车轮上的制动力并输出至制动系统，并将步骤二中所得前轮转角输出至转向系统，二者共同作用于车辆系统，使得车辆保持横摆稳定状态。本发明的有益效果为：1.本发明的三步法控制器具有标准清晰的结构，每一步都有实际的设计目的，便于工程上的实际应用。2.本发明将附加横摆力矩分配模块转化为二次规划方法，并且考虑制动力车轮分配的策略和对制动力的限幅等约束，从而得到最优解。3.本发明在稳定性控制分析上将前轮转角信息和差分制动信息都考虑在内，使得二者能协调稳定性控制，避免了转向机构和制动机构发生冲突。附图说明图1为车辆稳定性控制系统框图；图2为车辆二自由度模型示意图；图3为正弦延迟工况下横摆角速度结果图；图4为正弦延迟工况下质心侧偏角结果图；图5为正弦延迟工况下附加横摆力矩结果图；图6为正弦延迟工况下前轮转角结果图；图7为正弦延迟工况下左前轮胎制动力结果图；图8为正弦延迟工况下右前轮胎制动力结果图；图9为正弦延迟工况下左后轮胎制动力结果图；图10为正弦延迟工况下左后轮胎制动力结果图。具体实施方式本发明提供了一种基于三步法的车辆横摆稳定性控制方法，该方法包括以下几个步骤：步骤一、建立简化车辆动力学模型，如图2，用于表征车辆的操纵稳定性与车辆的侧向运动和横摆运动之间的关系。考虑车辆的横摆运动和侧向运动，其动力学方程为：其中，Fy1、Fy2为前后轮胎的侧偏力,单位N；Mz为附加横摆力矩，单位Nm；Lf、Lr分别为汽车质心到前后轴的距离，单位为m；Iz为汽车绕z轴的转动惯量，单位kg·m2；r为横摆角速度，单位rad/s；m为汽车质量，单位kg；vx为车辆纵向速度，单位m/s；β为质心侧偏角，单位rad。由式(1)整理得到车辆的系统方程式(2)如下车辆系统状态方程(2)中的Fyf，Fyr分别表示轮胎的前后侧偏力，研究车辆的侧向稳定性必须考虑轮胎的非线性特性，因此本发明将轮胎的非线性不稳定因素考虑到控制系统的设计中。根据分式轮胎模型的描述，可知轮胎侧偏力可以表示为：其中，Fz是...