基於輪胎垂向載荷分配的車輛穩定性控制方法
2023-05-28 15:23:36
專利名稱：基於輪胎垂向載荷分配的車輛穩定性控制方法
技術領域：
本發明屬於車輛安全性控制技術領域，涉及一種車輛穩定性控制方法，尤其涉及一種基於輪胎垂向載荷分配的車輛穩定性控制方法。
背景技術：
車輛穩定性控制一直是車輛主動安全性研究的熱點，一般而言，可以通過制動系統或轉向系統對車輛橫擺運動和側傾運動的主動幹預來控制車輛運動穩定性，達到提高主動安全性的目的。總體上說，目前汽車底盤電控系統中存在兩類的車輛穩定性控制算法，一類是通過轉向系統調節輪胎側偏力控制車輛橫擺運動來抑制輪胎側滑達到提高車輛穩定性目的， 即通過調整輪胎側偏力來實現質心側偏角最小化及良好的橫擺角速度的瞬態響應特性，從而校正車輛行駛的過度轉向趨勢或過多的不足轉向特性，保證車輛行駛的姿態和運動穩定性。如四輪轉向系統4WS和主動前輪轉向系統AFS，另一類是通過輪胎縱向力(制動力矩或驅動力矩)的分配控制來產生穩定車輛運動的校正橫擺力矩，實現對車輛穩定性控制的， 如基於制動力分配的電子穩定性控制系統ESP和車輛穩定性控制系統VSC等。然而，前述的控制策略均是通過輪胎的水平力(即輪胎的側偏力和縱向力)控制車輛的橫擺運動來抑制車輛側滑引起的失穩，並沒有考慮輪胎垂向力的作用及其對側向力的非線性耦合關係。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種基於輪胎垂向載荷分配的車輛穩定性控制方法，可提高車輛的側向穩定性。為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案—種基於輪胎垂向載荷分配的車輛穩定性控制方法，所述控制方法包括如下步驟步驟S10、駕駛員給出轉向輸入，整車模型和整車參考模型估計出車輛運動狀態信息和理想狀態信息；通過車輛信息的比較來辨別車輛是否處於穩定狀態；步驟S20、車輛的跟蹤誤差輸入到PID控制器，通過相應的PID控制算法得到懸架的主動力反饋；步驟S30、車輛接受反饋控制後，車輛輪胎的垂向載荷進行重新分配，產生一個校正橫擺力矩來抑制車輛的側滑，車輛的穩定性得到提高。作為本發明的一種優選方案，所述步驟SlO中，通過車載傳感器對車輛狀態信息的監測以估計車輛運動狀態參數信息；而理想狀態信息通過參考模型來估計，通過實際運動狀態信息與理想狀態信息的比較識別出車輛是否處於不穩定狀態，若檢測出車輛處於不穩定區域，則啟動控制策略來實現負反饋控制。
作為本發明的一種優選方案，理想狀態信息的參考車輛模型的構建方法為採用兩自由度的單軌車輛模型估計理想車輛側向速度和橫擺角速度，通過這兩個參考狀態變量與相應車輛狀態比較，以估計車輛的不穩定狀態誤差；理想狀態信息的參考車輛模型的狀態方程為XUU ；其中，X和U分別是狀態變量和控制輸入，A和B分別是狀態矩陣和控制輸入矩陣，定義如下
權利要求
1.一種基於輪胎垂向載荷分配的車輛穩定性控制方法，其特徵在於，所述控制方法包括如下步驟步驟S10、駕駛員給出轉向輸入，整車模型和整車參考模型估計出車輛運動狀態信息和理想狀態信息；通過車輛信息的比較來辨別車輛是否處於穩定狀態；步驟S20、車輛的跟蹤誤差輸入到PID控制器，通過相應的PID控制算法得到懸架的主動力反饋；步驟S30、車輛接受反饋控制後，車輛輪胎的垂向載荷進行重新分配，產生一個校正橫擺力矩來抑制車輛的側滑，車輛的穩定性得到提高。
2.根據權利要求1所述的基於輪胎垂向載荷分配的車輛穩定性控制方法，其特徵在於所述步驟SlO中，通過車載傳感器對車輛狀態信息的監測以估計車輛運動狀態參數信息；而理想的狀態信息通過參考模型來估計，通過實際運動狀態信息與理想狀態信息的比較識別出車輛是否處於不穩定狀態，若檢測出車輛處於不穩定區域，則啟動控制策略來實現負反饋控制。
3.根據權利要求2所述的基於輪胎垂向載荷分配的車輛穩定性控制方法，其特徵在於理想狀態信息的參考車輛模型的構建方法為採用兩自由度的單軌車輛模型估計理想車輛側向速度和橫擺角速度，通過這兩個參考狀態變量與相應車輛狀態比較，以估計車輛的不穩定狀態誤差；理想狀態信息的參考車輛模型的狀態方程為Z = l +其中，X和U分別是狀態變量和控制輸入，A和B分別是狀態矩陣和控制輸入矩陣，定義如下
4.根據權利要求1所述的基於輪胎垂向載荷分配的車輛穩定性控制方法，其特徵在於在PID控制器設計中，橫擺角速度V和車身側偏角β是兩個重要的狀態輸出變量，同時被用作參考跟蹤變量，其跟蹤誤差為PID控制器的輸入，調節PID控制器的控制參數獲得反饋懸架主動力控制輸入；上述兩個變量的跟蹤誤差所起的作用隨著行駛工況而有所變化，對這兩個變量的跟蹤誤差設計加權因子K1和K2以修正PID控制器，使跟蹤誤差的加權因子從一種工況下的最優值切換到另一工況下的最優值，從而使車輛的側滑始終限制在可以接受的範圍內。
5.根據權利要求1所述的基於輪胎垂向載荷分配的車輛穩定性控制方法，其特徵在於所述步驟S30中，包括校正橫擺力矩的確定及分配步驟為減小理想狀態跟蹤誤差，將校正橫擺力矩分配給四個懸架主動力，通過主動懸架力控制輪胎的垂向載荷分配，從而根據車輛的實際運動狀態產生校正橫擺力矩控制車輛運動的穩定性。
6.根據權利要求1所述的基於輪胎垂向載荷分配的車輛穩定性控制方法，其特徵在於所述步驟S30中，通過主動懸架主動力的調控，可調控輪胎的垂向載荷的分配，而輪胎垂向載荷的分配需要滿足垂向力平衡和力矩平衡，即主動力的控制不會破壞車輛的垂向力的平衡、側傾和俯仰平衡；忽略車輛的俯仰運動，車輛在轉向過程中，由於車身的側向加速度和車身質心的側傾作用，車輛的垂向載荷會發生橫向轉移，載荷轉移方向是由內輪向外輪；車輛垂向載荷的相互關係如下
全文摘要
本發明揭示了一種基於輪胎垂向載荷分配的車輛穩定性控制方法，所述控制方法包括如下步驟步驟S10、駕駛員給出轉向輸入，整車模型和整車參考模型估計出車輛運動狀態信息和理想狀態信息；通過車輛信息的比較來辨別車輛是否處於穩定狀態；步驟S20、車輛的跟蹤誤差輸入到PID控制器，通過相應的PID控制算法得到懸架的主動力反饋；步驟S30、車輛接受反饋控制後，車輛輪胎的垂向載荷進行重新分配，產生一個校正橫擺力矩來抑制車輛的側滑，車輛的穩定性得到提高。本發明利用懸架主動力來分配輪胎的垂向載荷，因輪胎垂向載荷與側偏力的非線性耦合關係而產生一個校正橫擺力矩，進而控制車輛的橫擺運動以抑制車輛側滑，車輛的側向穩定性得到提高。
文檔編號B60W30/02GK102407846SQ201110158798
公開日2012年4月11日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者孫濤, 徐桂紅, 柴陵江 申請人:上海理工大學