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原文传递一种基于模型预测控制的汽车防侧翻方法

专利名称：	一种基于模型预测控制的汽车防侧翻方法
摘要：	本发明公开了一种基于模型预测控制的汽车防侧翻方法，首先测得车辆的前轮转角、车速、横摆角速度、横向位置；然后计算出车辆的横向载荷转移率；接着将横向载荷转移率和预设的横向载荷转移率阈值作比较、将横向位置和预设的参考横向位置的差值和预设的最大差阈值做比较，根据这两者的比较结果调整车辆的前轮转角、控制四个车轮的制动力。本发明考虑了簧上质量与簧下质量对车身侧翻带来的不同影响，对防侧翻的控制效果起到更加精准的效果。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京航空航天大学
发明人：	钱兴国;王春燕;赵万忠;汪秋伊;王衍圣;吴刚;鲁广超;颜伸翔;施帅朋
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201811557669.5
公开号：	CN109733382A
代理机构：	江苏圣典律师事务所
代理人：	贺翔
分类号：	B60W30/04(2006.01);B;B60;B60W;B60W30
申请人地址：	210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
主权项：	1.一种基于模型预测控制的汽车防侧翻方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤1)，测得车辆的前轮转角δf、车速vr、横摆角速度βr、横向位置y；步骤2)，计算出车辆的横向载荷转移率LTR：步骤3)，将横向载荷转移率LTR和预设的横向载荷转移率阈值LTRdes作比较，将横向位置Y和预设的参考横向位置Ydes的差值和η做比较，η为预设的最大差阈值：当\|(Y-Ydes)\|＜η且LTR＜LTRdes时，不对车身状态进行调整；当\|(Y-Ydes)\|＞η且LTR＜LTRdes时，控制汽车的两个前轮进行转向；当\|(Y-Ydes)\|＜η且LTR＞LTRdes时，控制汽车的四个车轮进行制动，当\|(Y-Ydes)\|＞η且LTR＞LTRdes时，控制汽车的两个前轮进行转向，同时控制汽车的四个车轮进行制动。 2.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的汽车防侧翻方法，其特征在于，所述步骤2)的详细步骤如下：步骤2.1)，根据ay＝vrβr，计算出车辆的侧向加速度ay 步骤2.2)，对y方向受力分析，获得侧倾角加速度式中，m为汽车总质量；ms为簧上质量；e为簧载质量到侧倾中心的距离；为侧倾角加速度；k1、k2分别为车辆前后轮侧偏刚度；a、b分别为车辆质心到前后轴的距离；β为质心侧偏角；βr为横摆角速度；步骤2.3)，对x方向做力矩平衡：式中，Ixs为汽车簧载质量绕车辆坐标系x轴的转动惯量；ms为簧上质量；g为重力加速度，为车身为侧倾角，为侧倾刚度，为侧倾阻尼，为车身侧倾角速度；步骤2.4)，对z方向做力矩平衡，获得横摆角加速度其中，Iz为整车质量绕车辆坐标系z轴的转动惯量；为横摆角加速度；步骤2.5)，建立三自由度车辆模型，并根据车速和转角求得当前状态车辆的侧倾角和侧倾角速度；步骤2.5)，根据汽车侧翻过程中轮胎对路面的压力进行受力分析：式中，FR、FL分别为右侧车轮纵向反力之和，左侧车轮纵向反力之和，T为轮距，md为簧下质量，hd为簧下质量质心到地面距离；步骤2.6)，由于横向载荷转移率且FR+FL＝mg，则：。 3.根据权利要求2所述的基于模型预测控制的汽车防侧翻方法，其特征在于，所述步骤3)中控制汽车的两个前轮进行转向的具体步骤如下：步骤3.1.1)，电子控制单元根据Y和参考横向位置Ydes、利用模型预测控制方法计算出相应的附加前轮转角δf：步骤3.1.2)，建立主动前轮转向控制器的非线性模型：式中：为纵向加速度；为横向车速；c1，c2分别为前后轮纵向刚度；s1，s2分别为前后轮滑移率；为横向加速度；为纵向车速；惯性坐标系横向速度；为惯性坐标系纵向速度；r为横摆角；步骤3.1.3)，得到状态方程将其离散化：其中u＝δf，A、B均为系数；步骤3.1.4)，设计目标函数如下，计算出附加前轮转角：满足前轮转角约束：δf,min≤δf≤δf,max 式中，Y(t)是t时刻系统实际输出的横向位置；Yc(t)是t时刻参考的横向位置；Np是预测时域；Nc是控制时域；u(t)是t时刻主动前轮转向控制器输出的控制变量；δf为前轮转角，Q、R分别为目标函数第一项和第二项的权重矩阵，p为权重系数，ε为松弛因子；δf,min为最小前轮转角，δf，max为最大前轮转角；步骤3.1.5)，控制器根据计算出的附加前轮转角控制汽车的两个前轮进行转向。 4.根据权利要求3所述的基于模型预测控制的汽车防侧翻方法，其特征在于，所述步骤3)中控制汽车的四个车轮进行制动的具体步骤如下：步骤3.2.1)，电子控制单元根据LTR和参考横向载荷转移率LTRdes，采用主动制动控制器计算出前左、前右、后左、后右轮胎的纵向力Fxfl、Fxfr、Fxrl、Fxrr，所述主动制动控制器的非线性模型为：式中，Fyfl、Fyfr、Fyrl、Fyrr分别为前左、前右、后左、后右轮胎侧向力；步骤3.2.2)，得到状态方程将其离散化：其中U＝[Fxfl,Fxfr,Fxrl,Fxrr]T，C、D均为系数；步骤3.2.3)，设计目标函数如下，计算出四个轮胎的制动力：满足四个轮胎制动力约束：Umin≤U≤Umax 式中，Y1(t)是t时刻系统实际输出的LTR；Y1c(t)是t时刻参考的LTRdes；Ph是预测时域；Ch是控制时域；U(t)是t时刻主动制动控制器输出的控制变量；S、W分别为目标函数第一项和第二项的权重矩阵，i为权重系数，为松弛因子；Umin为最小轮胎力，Umax为最大轮胎力；步骤3.2.4)，控制器根据计算出的四个轮胎的制动力对四个车轮进行制动。
所属类别：	发明专利