一種多時(shí)間尺度的車輛橫擺穩(wěn)定性滾動(dòng)優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種考慮駕駛員因素的多時(shí)間尺度車輛橫擺穩(wěn)定性滾動(dòng)優(yōu)化控制方 法，屬于車輛橫擺穩(wěn)定性控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著汽車進(jìn)入社會(huì)生產(chǎn)生活中，交通事故的頻繁發(fā)生，使得交通安全問題逐漸引 起了人們的重視，而車輛側(cè)向失穩(wěn)則是造成交通事故的一個(gè)重要原因，因此車輛側(cè)向穩(wěn)定 性問題逐漸得到了消費(fèi)者和研宄人員的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的車輛側(cè)向穩(wěn)定控制是以給定的方 向盤轉(zhuǎn)角作為輸入，通過一個(gè)二自由度穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向模型得到理想的橫擺角速度，并以跟蹤上 理想橫擺角速度作為控制目標(biāo)，但是使用這種控制方法一旦駕駛員出現(xiàn)誤操作，將會(huì)導(dǎo)致 給定的方向盤轉(zhuǎn)角產(chǎn)生偏差，從而引起車輛失穩(wěn)并且容易造成交通事故。
[0003] 在實(shí)際駕駛過程中，車輛的方向盤轉(zhuǎn)角并非是任意給定的，而是由駕駛員通過前 方道路信息作出判斷從而決策出來的。通常駕駛員在駕駛過程中，首先預(yù)瞄前方道路信息， 然后決策方向盤轉(zhuǎn)角大小，以上過程駕駛員的反應(yīng)時(shí)間為100m s-200ms ;而當(dāng)車輛發(fā)生不 足轉(zhuǎn)向或過度轉(zhuǎn)向時(shí)，底層電子控制單元發(fā)生動(dòng)作使車輛跟蹤理想橫擺角速度，電子控制 單元的單步計(jì)算時(shí)間為5ms-20ms，因此駕駛員行為與側(cè)向主動(dòng)安全控制分屬不同的時(shí)間尺 度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決由于駕駛員誤操作引起的車輛失穩(wěn)問題，本發(fā)明以車輛路徑信息為研宄起 點(diǎn)，考慮駕駛員的側(cè)向行為特性，通過滾動(dòng)預(yù)瞄決策優(yōu)化得到滿足行車路徑的方向盤轉(zhuǎn)角； 在此基礎(chǔ)上，考慮駕駛員行為與車輛側(cè)向主動(dòng)安全控制的不同時(shí)間尺度問題，采用多時(shí)間 尺度滾動(dòng)優(yōu)化方法對(duì)車輛側(cè)向穩(wěn)定性進(jìn)行控制。其中，以駕駛員決策模塊為控制外環(huán)，以非 線性側(cè)向穩(wěn)定集成控制器為控制內(nèi)環(huán)，確定了考慮駕駛員因素的多時(shí)間尺度車輛橫擺穩(wěn)定 雙閉環(huán)控制器的總體結(jié)構(gòu)。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種多時(shí)間尺度的車輛橫擺穩(wěn)定性滾動(dòng)優(yōu)化控制方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一、建立簡化的車輛動(dòng)力學(xué)模型：用二自由度模型表征車輛的操縱穩(wěn)定性與 車輛的縱向運(yùn)動(dòng)和橫擺運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系；
[0008] 步驟二、根據(jù)步驟一建立的車輛動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行雙閉環(huán)控制器的設(shè)計(jì)，雙閉環(huán)控 制器包括駕駛員決策模塊和非線性側(cè)向穩(wěn)定集成控制模塊，以駕駛員決策模塊與非線性側(cè) 向穩(wěn)定集成控制器構(gòu)成的控制回路為控制外環(huán)，以非線性側(cè)向穩(wěn)定集成控制器構(gòu)成的控制 回路為控制內(nèi)環(huán)，雙閉環(huán)控制器的設(shè)計(jì)具體包括以下步驟：
[0009] 1)建立駕駛員決策模塊，用以模擬駕駛員根據(jù)前方道路信息作出的駕駛行為決 策：首先根據(jù)所述步驟一建立的車輛動(dòng)力學(xué)模型模擬駕駛員對(duì)車輛的了解，然后采用搜索 算法模擬駕駛員對(duì)路徑的預(yù)瞄行為以獲取期望路徑信息，最后選擇模型預(yù)測控制方法模擬 駕駛員的預(yù)測和優(yōu)化能力，獲得駕駛員方向盤轉(zhuǎn)角信息；
[0010] 2)設(shè)計(jì)非線性側(cè)向穩(wěn)定集成控制器，用以根據(jù)上述步驟1)輸出的駕駛員方向盤 轉(zhuǎn)角信息決策出使車輛保持橫擺穩(wěn)定狀態(tài)的附加橫擺力矩以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信息：非 線性側(cè)向穩(wěn)定集成控制器包含駕駛意圖判定模塊、非線性控制器模塊及制動(dòng)力分配模塊； 首先將由上述步驟1)建立的駕駛員決策模塊獲得的駕駛員方向盤轉(zhuǎn)角信息輸入到駕駛員 意圖判定模塊，得到期望的橫擺角速度信息；其次，將期望橫擺角速度信息輸入到非線性控 制器模塊，根據(jù)期望橫擺角速度的值以及實(shí)時(shí)反饋的車輛前后輪側(cè)偏角及橫擺角速度，利 用模型預(yù)測控制方法預(yù)測系統(tǒng)的未來動(dòng)態(tài)，同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，決策出附加橫擺力矩以及優(yōu)化 的方向盤轉(zhuǎn)角信息，將優(yōu)化后的方向盤轉(zhuǎn)角信息輸出至車輛系統(tǒng)；最后，Φ慟力分配模塊將 決策出的附加橫擺力矩轉(zhuǎn)化為制動(dòng)力分配到各個(gè)車輪；
[0011] 步驟三、基于所述步驟二設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)控制器進(jìn)行車輛橫擺穩(wěn)定性控制：將道路 信息輸入雙閉環(huán)控制器，所述駕駛員決策模塊根據(jù)輸入的道路信息獲得相應(yīng)的駕駛員方向 盤轉(zhuǎn)角信息，進(jìn)而將獲得的駕駛員方向盤轉(zhuǎn)角信息輸入所述非線性側(cè)向穩(wěn)定集成控制器， 決策出附加橫擺力矩以及優(yōu)化的方向盤轉(zhuǎn)角信息并輸出至車輛相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使車輛保 持橫擺穩(wěn)定狀態(tài)。
[0012] 由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：
[0013] (1)與現(xiàn)有的車輛側(cè)向穩(wěn)定系統(tǒng)相比，以行車路徑信息為起點(diǎn)，所采用方法可以有 效地避免人為誤操作所引起的車輛失穩(wěn)問題。
[0014] (2)綜合考慮了轉(zhuǎn)向駕駛行為和側(cè)向穩(wěn)定控制的不同時(shí)間尺度。
[0015] (3)在高保真車輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件veDYNA中，以基于實(shí)車實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所搭建的 HQ430車輛模型作為仿真車輛，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的車輛橫擺穩(wěn)定雙閉環(huán)控制器有效性。
【附圖說明】
[0016] 圖1二自由度車輛模型示意圖；
[0017] 圖2車輛橫擺穩(wěn)定雙閉環(huán)控制器結(jié)構(gòu)框圖；
[0018] 圖3獲取預(yù)瞄信息的示意圖；
[0019] 圖4駕駛員決策模塊流程圖
[0020] 圖5制動(dòng)力矩分配示意圖；
[0021] 圖6低附著雙移線實(shí)驗(yàn)側(cè)向位移對(duì)比圖；
[0022] 圖7低附著雙移線實(shí)驗(yàn)橫擺角速度對(duì)比圖；
[0023] 圖8低附著雙移線實(shí)驗(yàn)方向盤轉(zhuǎn)角對(duì)比圖；
[0024] 圖9低附著雙移線實(shí)驗(yàn)輪胎側(cè)偏角曲線圖；
[0025] 圖10低附著雙移線實(shí)驗(yàn)附加橫擺力矩曲線圖；
[0026] 圖11(a)低附著雙移線實(shí)驗(yàn)左側(cè)輪胎制動(dòng)力曲線圖；
[0027] 圖11(b)低附著雙移線實(shí)驗(yàn)右側(cè)輪胎制動(dòng)力曲線圖；
[0028] 圖12高附著蛇形穿桿實(shí)驗(yàn)側(cè)向位移對(duì)比圖；
[0029] 圖13高附著蛇形穿桿實(shí)驗(yàn)橫擺角速度對(duì)比圖；
[0030] 圖14高附著蛇形穿桿實(shí)驗(yàn)方向盤轉(zhuǎn)角對(duì)比圖；
[0031]圖15高附著蛇形穿桿實(shí)驗(yàn)輪胎側(cè)偏角曲線圖；
[0032] 圖16高附著蛇形穿桿實(shí)驗(yàn)附加橫擺力矩曲線圖；
[0033] 圖17(a)高附著蛇形穿桿實(shí)驗(yàn)左側(cè)輪胎制動(dòng)力曲線圖；
[0034] 圖17(b)高附著蛇形穿桿實(shí)驗(yàn)右側(cè)輪胎制動(dòng)力曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明所提出的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步闡述和說明。
[0036] 本發(fā)明提供了一種考慮駕駛員因素的多時(shí)間尺度車輛橫擺穩(wěn)定性滾動(dòng)優(yōu)化控制 方法，該方法包括以下幾個(gè)步驟：
[0037] 步驟一、建立簡化的車輛動(dòng)力學(xué)模型
[0038] 為了便于對(duì)車輛系統(tǒng)的分析及控制，首先需要建立一個(gè)簡化的車輛動(dòng)力學(xué)模型， 用于駕駛員決策模塊及非線性側(cè)向穩(wěn)定集成控制器的設(shè)計(jì)?？紤]到車輛的操縱穩(wěn)定性與車 輛的縱向運(yùn)動(dòng)和橫擺運(yùn)動(dòng)關(guān)系最為密切，因此首先將整車模型簡化為二自由度模型。在車 輛上建立坐標(biāo)系，原點(diǎn)位于汽車的質(zhì)心，車輛前進(jìn)的方向?yàn)閄軸正方向，水平向左為y軸正 方向，z軸正方向由右手螺旋定則確定。如圖1所示為簡化的二自由度車輛模型的示意圖。 考慮車輛的橫擺運(yùn)動(dòng)和側(cè)向運(yùn)動(dòng)，可以獲得公式（1)所示的動(dòng)力學(xué)方程。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多時(shí)間尺度的車輛橫擺穩(wěn)定性滾動(dòng)優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟一、建立簡化的車輛動(dòng)力學(xué)模型：用二自由度