速、實(shí)際橫擺角速度ωζ和實(shí)際質(zhì)心側(cè)偏角β之后，分別設(shè)計(jì)針對(duì)車速、質(zhì)心 側(cè)偏角和橫擺角速度控制的滑?？刂破鳎蠼馐沟密囕v實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)跟蹤參考運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所 需的目標(biāo)控制力和目標(biāo)控制力矩。
[0036] 所述滑?？刂破鞯幕Ｃ嬖O(shè)計(jì)為車輛實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與參考運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的偏差， 即：
[0037] ⑷
[0038] (S)
[0039] ^ .
[0040] 所述滑模控制器的滑?？刂坡蛇x取為帶飽和函數(shù)的指數(shù)趨近律，即：
[0041] (7)
[0042] (8)
[0043] W
[0044] 在式⑷-(9)中，氕、％和8{!分別為縱向車速滑?？刂破?、橫擺角速度滑模控制 器和質(zhì)心側(cè)偏角滑?？刂破鞯幕：瘮?shù)；〃，和t為縱向車速滑?？刂破髦械内吔沙?shù)； ￡%和~為橫擺角速度滑模控制器中的趨近律常數(shù)；εe和ke為質(zhì)心側(cè)偏角滑?？刂破髦?的趨近律常數(shù)。
[0045] 所述目標(biāo)控制力包括車輛縱向合力和車輛側(cè)向合力，目標(biāo)控制力矩為橫擺力矩， 分別控制車速、質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度，跟蹤相應(yīng)的參考運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?；谲囕v縱向、側(cè)向 和橫擺運(yùn)動(dòng)的非線性動(dòng)力學(xué)方程，由滑?？刂破髑蠼獾玫降乃鲕囕v縱向合力Fx。、側(cè)向合 力Fy。和橫擺力矩為Μz。：
[0046]
[0047]
[0048]
[0049] 式中，下標(biāo)i= 1、2、3、4、……、n，分別表示第一軸、第二軸、第三軸、第四軸、……、 第η軸；下標(biāo)1和r分別表示左側(cè)車輪和右側(cè)車輪；Fyw為各車輪的側(cè)向力，δ為各輪轉(zhuǎn)向 角，匕為包括滾動(dòng)阻力、爬坡阻力、空氣阻力在內(nèi)的行駛阻力，Db為同軸兩側(cè)車輪之間的距 離，為參考車速變化率，vy為側(cè)向車速，ω 為參考橫擺角速度，Iz為車輛繞垂向軸的 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0050] 所述的目標(biāo)控制力和目標(biāo)控制力矩是車輪縱向力在車輛坐標(biāo)系上的合力和合力 矩。所述的車輪縱向力在車輛坐標(biāo)系上的合力和合力矩，指的是輪胎坐標(biāo)系上的各車輪縱 向力在車輛坐標(biāo)系上進(jìn)行分解后求合計(jì)算而得到的合力和合力矩。如圖2所示，輪胎力在 車輛坐標(biāo)系與輪胎坐標(biāo)系之間的關(guān)系如下：
[0051]
(13)
[0052] 式中，下標(biāo)1和r分別表示左側(cè)車輪和右側(cè)車輪，F(xiàn)xia^PFyiart分別是i軸左右 側(cè)輪胎的輪胎力在車輛坐標(biāo)系上的縱向力和側(cè)向力，F(xiàn)xwlU,r)和Fywiart分別是i軸左右側(cè)輪 胎的輪胎力在輪胎坐標(biāo)系上的縱向力和側(cè)向力。
[0053] 根據(jù)圖2中車輛的作用力關(guān)系，和式（13)中的輪胎力在車輛坐標(biāo)系和輪胎坐標(biāo)系 之間的關(guān)系，可以將車輛縱向合力、側(cè)向合力和橫擺力矩表示為輪胎縱向力的合力和合力 矩，表示方法如下：
[0057] 對(duì)于所示實(shí)施例中的雙前橋轉(zhuǎn)向四軸車輛，前兩軸車輪是轉(zhuǎn)向輪，后兩軸車輪是
[0054] 14)
[0055]
[0056] (16) 非轉(zhuǎn)向輪，BP:
[0058] δη、δlr、δ21、δ2r辛 〇 (17)
[0059] δ 3?、δ3r、δ41、δ4r= 〇 (18)
[0060] 因此，所述的車輛側(cè)向合力只能由轉(zhuǎn)向輪縱向力在車輛坐標(biāo)系上分解，再求合力 得到；所述的車輛縱向合力和橫擺力矩可以由所有車輪縱向力在車輛坐標(biāo)系上分解，再求 合力和合力矩得到。
[0061] 由此，基于式（14)和式（16)，通過調(diào)節(jié)所有車輪的縱向力，得到車輛縱向合力Fx。 和橫擺力矩Mz。，以滿足式（10)和式（12);基于式（15)，通過調(diào)節(jié)所有轉(zhuǎn)向輪的縱向力，得 到車輛側(cè)向合力Fy。，以滿足式（11)。
[0062] 通過調(diào)整車輪縱向力，得到車輛縱向合力、側(cè)向合力和橫擺力矩后，便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì) 車速、質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度的非線性聯(lián)合控制，提高車輛操縱穩(wěn)定性。
[0063] 所述方法適用于具備機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、而不具備主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的車輛，所述車輛包 含而不限于兩軸車輛和四軸車輛。
[0064] 這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并不是排他性地將本發(fā)明的應(yīng)用范圍限制 于所述實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明原理的前 提下，所述實(shí)施例的變形和改變是可能的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于車輪縱向力調(diào)節(jié)的車輛操縱穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，所述方法包含 以下步驟： (1) 根據(jù)駕駛員輸入、車速信號(hào)和路面附著條件，得到車輛參考運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包括參考車 速、參考橫擺角速度和參考質(zhì)心側(cè)偏角； (2) 由傳感器測(cè)量得到的第一組車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，估算未測(cè)量的第二組車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，作 為車輛實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包括實(shí)際車速、實(shí)際橫擺角速度和實(shí)際質(zhì)心側(cè)偏角； (3) 基于滑模變結(jié)構(gòu)控制，設(shè)計(jì)滑?？刂破鳎玫绞沟密囕v實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)跟蹤參考運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)所需的目標(biāo)控制力和目標(biāo)控制力矩； (4) 通過調(diào)節(jié)車輪的縱向力，產(chǎn)生所需的目標(biāo)控制力和目標(biāo)控制力矩。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1)中，參考車速由駕駛員加速或制 動(dòng)踏板信號(hào)決定。3. 根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟（1)中，參考橫擺角速度由 路面附著條件和車輛參考模型輸出的橫擺角速度共同決定。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述車輛參考模型為二自由度 線性模型，其輸入為第一軸的轉(zhuǎn)角Si和車速信號(hào)，輸出為上述橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角這 兩個(gè)自由度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，參考質(zhì)心側(cè)偏角取為零值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述方法，其特征在于，所述第一組車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括但 不限于車輛縱向加速度、側(cè)向加速度和橫擺角速度。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第二組車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)包括 但不限于車速和質(zhì)心側(cè)偏角。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟（2)中的所述估算方法至少 包括卡爾曼濾波算法或模糊算法中的一種。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述滑?？刂破鞯幕Ｃ嬖O(shè)計(jì)為車輛實(shí) 際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與參考運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的偏差。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于車輪縱向力調(diào)節(jié)的車輛操縱穩(wěn)定性控制方法，該控制方法適用于具備機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、而不具備主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的車輛。所述控制方法包含以下步驟：(1)根據(jù)駕駛員輸入信號(hào)和車速狀態(tài)，由車輛參考模型計(jì)算出車輛參考運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；(2)根據(jù)車載傳感器測(cè)量得到的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，估算得到未測(cè)量的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，作為車輛實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；(3)基于滑模變結(jié)構(gòu)控制，得到使得車輛實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)跟蹤參考運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所需的目標(biāo)控制力和目標(biāo)控制力矩；(4)通過調(diào)節(jié)車輪的縱向力，產(chǎn)生所需的目標(biāo)控制力和目標(biāo)控制力矩。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)車輪的縱向力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車速、橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角的非線性聯(lián)合控制，提高車輛的操縱穩(wěn)定性。
【IPC分類】B60W30/02, B60W40/10, B60W40/105, B60W30/045, B60W40/112, B60W40/114
【公開號(hào)】CN105253141
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510770262
【發(fā)明人】孫逢春, 劉明春, 張承寧, 王志福, 李求軍
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月12日