本發(fā)明涉及電動(dòng)車橫向穩(wěn)定性控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于改進(jìn)超螺旋滑膜算法的afs橫擺穩(wěn)定性控制方法。

背景技術(shù)：

1、目前，汽車駕駛安全已經(jīng)成為汽車設(shè)計(jì)和發(fā)展的首要考慮因素，主動(dòng)安全控制隨電子技術(shù)的發(fā)展廣泛應(yīng)用。從早期的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(abs)、直接橫擺力矩控制(dyc)到主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(afs)、車輛穩(wěn)定輔助系統(tǒng)(vsa)、車身電子穩(wěn)定程序(esp)等，各種主動(dòng)安全控制技術(shù)被應(yīng)用于汽車以提高汽車的行駛穩(wěn)定性與安全性。主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向(afs)和直接橫擺力矩控制(dyc)是常用的底盤主動(dòng)控制系統(tǒng)，其中主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向控制能夠在車輛快要失穩(wěn)之前發(fā)揮充分的橫擺穩(wěn)定性控制作用；根據(jù)當(dāng)前車輛狀態(tài)參數(shù)與期望的狀態(tài)參數(shù)之間的誤差，通過(guò)主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器計(jì)算出跟隨理想狀態(tài)參數(shù)所需的前輪轉(zhuǎn)角，由轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行總成運(yùn)動(dòng)。

2、主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計(jì)研究中，常用的控制算法有pid、模型預(yù)測(cè)控制(mpc)以及滑?？刂?smc)等?；跓o(wú)跡卡爾曼濾波(ukf)理論估計(jì)車輛質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度，根據(jù)估計(jì)值與車輛狀態(tài)理想值的差值，設(shè)計(jì)了lqr最優(yōu)控制器實(shí)現(xiàn)前后轉(zhuǎn)向的最佳控制；仿真結(jié)果表明，狀態(tài)反饋?zhàn)顑?yōu)控制方法具有良好的橫向控制穩(wěn)定性。以汽車橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角為控制目標(biāo)設(shè)計(jì)主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器，并設(shè)計(jì)擴(kuò)展卡爾曼濾波(ekf)器用來(lái)估計(jì)質(zhì)心側(cè)偏角。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制策略的有效性，提高了應(yīng)急救援車輛的操縱穩(wěn)定性。

3、綜上所述，目前主動(dòng)轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制已得到廣泛研究，但多數(shù)研究只考慮了橫擺角速度反饋控制，并沒(méi)有考慮質(zhì)心側(cè)偏角主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器的設(shè)計(jì)，且多數(shù)研究選擇的基于卡爾曼濾波器的狀態(tài)參數(shù)估計(jì)方法實(shí)時(shí)精度一般。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明意在提供一種基于改進(jìn)超螺旋滑膜算法的afs橫擺穩(wěn)定性控制方法，僅使用常見(jiàn)的車載傳感器就能實(shí)現(xiàn)快速性和魯棒性較強(qiáng)的橫擺穩(wěn)定性控制，并提高了車輛狀態(tài)參數(shù)估計(jì)的實(shí)時(shí)精度。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種基于改進(jìn)超螺旋滑膜算法的afs橫擺穩(wěn)定性控制方法，包括：

4、狀態(tài)參數(shù)估計(jì)步驟，基于龍伯格觀測(cè)器的先驗(yàn)估計(jì)單元接收傳感器輸出的前輪轉(zhuǎn)角和側(cè)向加速度，并輸出狀態(tài)量的先驗(yàn)估計(jì)值；卡爾曼濾波單元接收狀態(tài)量的先驗(yàn)估計(jì)值和傳感器輸出的側(cè)向加速度，輸出狀態(tài)量的估計(jì)值；

5、穩(wěn)定性判定步驟，目標(biāo)設(shè)定單元接收縱向車速和前輪轉(zhuǎn)角，輸出狀態(tài)量的理想值；所述狀態(tài)量包括橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角；質(zhì)心側(cè)偏角判定單元接收路面附著系數(shù)、質(zhì)心側(cè)偏角和質(zhì)心側(cè)偏角速度，根據(jù)失穩(wěn)判斷模型輸出失穩(wěn)判定結(jié)果一；橫擺角速度判定單元接收橫擺角速度理想值和實(shí)際值，將實(shí)際橫擺角速度和理想橫擺角速度的偏差經(jīng)邏輯門限值判斷后輸出失穩(wěn)判定結(jié)果二；

6、附加前輪轉(zhuǎn)角控制輸出步驟，控制方式選擇單元接收失穩(wěn)判定結(jié)果一和失穩(wěn)判定結(jié)果二，并輸出對(duì)應(yīng)的控制方式；控制量計(jì)算單元接收橫擺角速度偏差和質(zhì)心側(cè)偏角偏差，根據(jù)所選控制方式輸出滑膜控制量。

7、本方案的原理及優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)際應(yīng)用時(shí)，本方案結(jié)合龍伯格觀測(cè)器和卡爾曼濾波器的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向高階滑膜控制方法，基于改進(jìn)的超螺旋滑膜算法計(jì)算附加前輪轉(zhuǎn)角，在保證魯棒性和快速性的基礎(chǔ)上減少了系統(tǒng)響應(yīng)的抖震，并基于判穩(wěn)策略，根據(jù)車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)選擇橫擺角速度控制或質(zhì)心側(cè)偏角控制，控制目標(biāo)明確，此外還能夠改善傳統(tǒng)卡爾曼濾波算法因設(shè)定的初始值偏差較大而導(dǎo)致的估計(jì)誤差，提高了狀態(tài)參數(shù)估計(jì)的實(shí)時(shí)精度，尤其對(duì)于開(kāi)環(huán)情況下的非漸進(jìn)穩(wěn)定系統(tǒng)而言改善效果更顯著。

8、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，所述橫擺角速度的理想值計(jì)算模型為：

9、

10、其中，γd為橫擺角速度理想值，vx表示縱向車速，a表示質(zhì)心到前軸的距離、b表示質(zhì)心到后軸的距離，k為車輛的穩(wěn)定性因數(shù)，μ表示路面附著系數(shù)，g表示重力加速度，τr表示該延遲環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)，s為傳遞函數(shù)的變量，sign()為符號(hào)函數(shù)。

11、技術(shù)效果：通過(guò)上式能夠?qū)⑺緳C(jī)轉(zhuǎn)向意圖、路面附著極限和機(jī)械系統(tǒng)的純滯后特性進(jìn)行全面考慮。

12、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，所述車輛的穩(wěn)定性因數(shù)的計(jì)算模型為：

13、

14、其中，m表示整車質(zhì)量，a表示質(zhì)心到前軸的距離、b表示質(zhì)心到后軸的距離，k1表示前軸等效側(cè)偏剛度，k2表示后軸等效側(cè)偏剛度。

15、技術(shù)效果：便于對(duì)操作穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

16、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，所述質(zhì)心側(cè)偏角的理想值計(jì)算模型為：

17、βd＝0

18、其中，βd為質(zhì)心側(cè)偏角理想值。

19、技術(shù)效果：便于考慮車輛軌跡跟蹤保持性能。

20、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，所述失穩(wěn)判斷模型為：

21、

22、其中，b1、b2為穩(wěn)定性邊界常數(shù)，β為質(zhì)心側(cè)偏角。

23、技術(shù)效果：便于進(jìn)行失穩(wěn)判定。

24、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，所述附加前輪轉(zhuǎn)角控制輸出步驟中，當(dāng)失穩(wěn)判定結(jié)果一為未失穩(wěn)，失穩(wěn)判定結(jié)果二為失穩(wěn)時(shí)，系統(tǒng)控制量模型如下：

25、

26、其中，iz表示整車?yán)@z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，a表示質(zhì)心到前軸的距離、b表示質(zhì)心到后軸的距離、k1表示前軸等效側(cè)偏剛度，k2表示后軸等效側(cè)偏剛度，vx表示縱向車速、γ表示橫擺角速度、β表示質(zhì)心側(cè)偏角，ka、kb、kc為待設(shè)計(jì)參數(shù)，s1為滑膜控制的中間狀態(tài)變量，τ取0.5，k為邊界控制參數(shù)，c1和c2為待設(shè)計(jì)參數(shù)，q1和q2為正奇數(shù)，為橫擺角速度理想值的導(dǎo)數(shù)，δf為駕駛員由方向盤給出的前輪轉(zhuǎn)角。

27、技術(shù)效果：提高了車輛跟隨理想橫擺角速度的快速性和魯棒性，并減少了抖震。

28、優(yōu)選的，作為一種改進(jìn)，所述附加前輪轉(zhuǎn)角控制輸出步驟中，當(dāng)失穩(wěn)判定結(jié)果一為失穩(wěn)時(shí)，系統(tǒng)控制量模型如下：

29、

30、其中，m表示整車質(zhì)量，a表示質(zhì)心到前軸的距離、b表示質(zhì)心到后軸的距離、k1表示前軸等效側(cè)偏剛度，k2表示后軸等效側(cè)偏剛度，vx表示縱向車速、γ表示橫擺角速度、β表示質(zhì)心側(cè)偏角、ka、kb、kc為待設(shè)計(jì)參數(shù)，s2為滑膜控制的中間狀態(tài)變量，k為邊界控制參數(shù)，c3和c4為待設(shè)計(jì)參數(shù)，q3和q4為正奇數(shù)，為質(zhì)心側(cè)偏角理想值的導(dǎo)數(shù)。

31、技術(shù)效果：提高了車輛跟隨理想質(zhì)心側(cè)偏角的快速性和魯棒性，并減少了抖震。

技術(shù)特征：

1.一種基于改進(jìn)超螺旋滑膜算法的afs橫擺穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)超螺旋滑膜算法的afs橫擺穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，所述橫擺角速度的理想值計(jì)算模型為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于改進(jìn)超螺旋滑膜算法的afs橫擺穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，所述車輛的穩(wěn)定性因數(shù)的計(jì)算模型為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)超螺旋滑膜算法的afs橫擺穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，所述質(zhì)心側(cè)偏角的理想值計(jì)算模型為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)超螺旋滑膜算法的afs橫擺穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，所述失穩(wěn)判斷模型為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)超螺旋滑膜算法的afs橫擺穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，所述附加前輪轉(zhuǎn)角控制輸出步驟中，當(dāng)失穩(wěn)判定結(jié)果一為未失穩(wěn)，失穩(wěn)判定結(jié)果二為失穩(wěn)時(shí)，系統(tǒng)控制量模型如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于改進(jìn)超螺旋滑膜算法的afs橫擺穩(wěn)定性控制方法，其特征在于，所述附加前輪轉(zhuǎn)角控制輸出步驟中，當(dāng)失穩(wěn)判定結(jié)果一為失穩(wěn)時(shí)，系統(tǒng)控制量模型如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電動(dòng)車橫向穩(wěn)定性控制領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于改進(jìn)超螺旋滑膜算法的AFS橫擺穩(wěn)定性控制方法，包括：狀態(tài)參數(shù)估計(jì)步驟，基于卡爾曼濾波單元輸出狀態(tài)量的估計(jì)值；穩(wěn)定性判定步驟，目標(biāo)設(shè)定單元輸出狀態(tài)量的理想值；質(zhì)心側(cè)偏角判定單元接收路面附著系數(shù)、質(zhì)心側(cè)偏角和質(zhì)心側(cè)偏角速度輸出失穩(wěn)判定結(jié)果；橫擺角速度判定單元接收橫擺角速度理想值和實(shí)際值，經(jīng)邏輯門限值判斷后輸出失穩(wěn)判定結(jié)果；附加前輪轉(zhuǎn)角控制輸出步驟，控制方式選擇單元接收失穩(wěn)判定結(jié)果并輸出對(duì)應(yīng)的控制方式；控制量計(jì)算單元根據(jù)所選控制方式輸出滑膜控制量。本申請(qǐng)僅使用常見(jiàn)的車載傳感器就能實(shí)現(xiàn)快速性和魯棒性較強(qiáng)的橫擺穩(wěn)定性控制，并提高了車輛狀態(tài)參數(shù)估計(jì)的實(shí)時(shí)精度。

技術(shù)研發(fā)人員：趙咪,孫濤,王雨農(nóng),賈曉睿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：石河子大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9