基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制策略及系统

本发明涉及车辆线控底盘集成控制，尤其涉及一种基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制策略及系统。

背景技术：

1、近年来，由于电动化智能汽车的逐渐普及，汽车底盘的发展也进入了线控化的变革关键期，底盘各子系统的线控化解放了传统汽车机械传动机构的约束，为汽车的智能化赋能带来了便利。底盘线控化的提升也为整车稳定性带来了更大的潜能，当前研究的热点也从底盘线性化改造转变为了提升线性化程度与底盘性能挖潜并重。

2、汽车底盘线控化及智能化极大地增加了车辆控制自由度，同时也为车辆的稳定性控制带来了新的挑战。以往的线控底盘集成控制更多地利用相平面图分析法及实验拟合控制包络等方法实现车辆的稳定性控制，这些方法只能间接的得到车辆的稳定性状态，且不能基于路面状况的变化予以实时调整，即控制算法鲁棒性不能得到保证。因此，设计一种直接利用轮胎与路面交互状态的底盘稳定性集成控制策略是本发明的设计目标。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。因此，本发明提供了一种基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制策略解决传统方法只能间接的得到车辆的稳定性状态，且不能基于路面状况的变化予以实时调整的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明提供了一种基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制策略，包括：

5、获取车辆状态传感器数据，构建车辆动力学模型；

6、基于车辆动力学模型，设计控制器获取车辆目标纵向力和附加横摆力矩，将上层控制器的输出分解为各作动器的控制量；

7、根据所述控制器的输出，搭建轮胎侧偏刚度在线实时估计模型，以获取当前时刻侧偏刚度估计值的最优解；

8、基于实时估计的轮胎侧偏刚度，设计车辆稳定性评价量化指标；

9、基于所述稳定性评价指标，确定自适应参数，构建自适应的车辆底盘稳定性集成控制策略，输出车辆底盘各作动器的相应控制量。

10、作为本发明所述的基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制策略的一种优选方案，其中：构建车辆动力学模型包括：

11、通过车辆信息，构建二自由度车辆动力型模型，表示为：

12、

13、

14、其中，m表示车辆质量，iz表示车辆横摆转动惯量，lf,lr表示车辆质心到前后轴的距离，vx表示质心处的纵向速度，ay表示车辆的侧向加速度，γ表示车辆质心横摆角速度，δf表示前轮转角，cf,cr分别表示前后轮的侧偏刚度，β表示车辆的质心侧偏角，mz表示控制器施加的附加横摆力矩；

15、通过所述车辆动力学模型，得到稳态条件下目标横摆角速度需要满足的条件，具体为：

16、

17、考虑道路附着系数的限制，同时设定参考质心侧偏角βtarget＝0，最终的参考横摆角速度表示为：

18、

19、其中，τe表示惯性系统时间常数，s表示拉普拉斯算子，μ表示路面附着系数，g表示重力加速度。

20、作为本发明所述的基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制策略的一种优选方案，其中：所述控制器设计包括上层控制器设计以及下层控制器设计，所述上层控制器设计包括：

21、上层控制器用于根据驾驶员输入的转向角及踏板行程，计算目标纵向力以及附加横摆力矩，其中目标纵向力由pi控制器得出，表示为：

22、

23、其中，kpv，kiv分别表示比例及积分常数，表示驾驶员输入得出的目标纵向车速，τ表示积分变量；

24、对于附加横摆力矩采用参数自适应调整的滑模控制设计底盘集成控制器，滑模面及趋近律表示为：

25、s＝γ-γtarget-λ(β-βtarget)

26、

27、其中，λ表示设计的权重，ξ＞0为常数，s表示滑模函数，β表示质心侧偏角；

28、将所述目标纵向力结果对时间求导，通过所述车辆动力学模型，将求导结果代入所述附加横摆力矩的计算中，得到最终结果，表示为：

29、

30、其中，kγ≥ξ为常数，φ表示边界层厚度。

31、作为本发明所述的基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制策略的一种优选方案，其中：所述下层控制器设计用于将上层控制器的输出分解为各作动器的控制量，包括：

32、定义轮胎与路面的相对横纵向轮速为：

33、

34、其中，vi表示轮心的速度，ωi表示车辆转速，r表示轮胎半径，fl,fr,rl,rr分别表示左前轮、右前轮、左后轮，右后轮；

35、基于车辆的轮胎耗散功率，构建第一代价函数j1，表示为：

36、

37、

38、

39、其中，u(t)表示轮胎力，wu1表示相应的权重，δfxfl,δfyfl,δfxfr,δfyfr,δfxrl,δfxrr分别表示四个车轮纵横向轮胎力的增量，x表示纵向y表示横向，diag表示对角矩阵；

40、基于所述第一代价函数，构建第二代价函数j2，表示为：

41、

42、

43、

44、其中，wu2表示权重对角矩阵，cu表示目标控制器输出，b表示控制效能矩阵，tw表示同轴的轮距，表示目标纵向力；

45、制动力受到轮胎—路面附着及制动系统的限制，然后基于线性轮胎模型可得前轮横向力的极限，构建下层控制器的控制量约束，表示为：

46、

47、其中，fxi,max表示制动力限制，fyi,max表示前轮横向力的极限，u(t)表示轮胎力；

48、利用内点法求解加权最小二乘问题得到下层控制器的控制量，利用dugoff逆轮胎模型将横向力控制量转换成前轮转角，得到目标轮胎侧偏角以及前轮转角。

49、作为本发明所述的基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制策略的一种优选方案，其中：构建所述轮胎侧偏刚度在线实时估计模型包括：

50、基于二自由度车辆单轨模型，构建车辆回归模型，表示为：

51、

52、其中，ay,m表示加速度传感器测量的横向加速度，表示k时刻横向车速的估计值；

53、基于所述车辆回归模型，构建正则化加权最小二乘问题，表示为：

54、

55、

56、其中，tk表示k时刻参数矩阵t的值，0＜＜φ＜1表示遗忘因子，(t)n表示轮胎侧偏刚度的名义值，ε＞0表示调整输出误差与名义值偏差的权重系数，yi表示i时刻的输出，pi表示i时刻的系数矩阵，ti表示i时刻的估计量；

57、设定可得到当前时刻侧偏刚度估计值的最优解表示为：

58、

59、其中，i2表示2阶单位矩阵，令并转化为递归形式，表示为：

60、

61、

62、

63、作为本发明所述的基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制策略的一种优选方案，其中：所述车辆稳定性评价量化指标包括：

64、基于所述轮胎侧偏刚度，构建前后轴轮胎权重系数，表示为：

65、

66、其中，ξt＞0，通过划分区域的方法确定，σi为前后轴垂向载荷的方程，cl_thr和cs_thr分别表示线性区及饱和区的阈值；在特定路面条件下，σi可通过下列插值获得，表示为：

67、

68、其中，fz,i表示各个轮胎的垂向力；

69、所述权重系数可以反映轮胎力的饱和程度，基于所述前后轴轮胎权重系数，定义车辆稳定性指标，表示为：

70、

71、作为本发明所述的基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制策略的一种优选方案，其中：

72、根据侧偏刚度的变化率进一步表征车辆底盘稳定性的发展趋势，定义两个矢量，则两矢量之间的夹角为：

73、

74、

75、

76、根据所述矢量夹角，获得光滑的参数变动效果，设计改进的fal函数，表示为：

77、

78、

79、其中，a表示介于0与1之间的常数，θthr表示可调整的门限值；

80、结合所述权重系数和fal函数，构建自适应的车辆底盘稳定性集成控制，表示为：

81、

82、第二方面，本发明提供了一种基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制系统，包括，

83、数据采集模块，用于获取车辆状态传感器数据信息；

84、第一构建模块，用于构建车辆动力学模型，并对控制器机进行设计；

85、第二构建模块，用于构建轮胎侧偏刚度在线实时估计模型，并设计车辆稳定性评价量化指标；

86、第三构建模块，用于构建自适应的车辆底盘稳定性集成控制策略，输出车辆底盘各作动器的相应控制量。

87、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括：

88、存储器和处理器；

89、所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制策略的步骤。

90、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制策略的步骤。

91、与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过构建一种基于轮胎侧偏刚度估计的车辆底盘稳定性控制策略，在车辆运行中，利用轮胎侧偏刚度在线估计模型估计实时的轮胎侧偏刚度，利用所估计的实时轮胎侧偏刚度计算车辆稳定性评价指标，并导入自适应底盘稳定性集成控制律，产生车辆底盘各作动器的相应控制量，能基于路面状况的变化进行实时调整，保证控制算法的鲁棒性。