一種車輛穩定性集成控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種車輛主動安全控制方法，尤其涉及一種基于李雅普諾夫第二方法 的車輛穩定性集成控制方法。
【背景技術】
[0002] 目前車輛的穩定性控制系統主要有制動防抱死系統（ABS)、牽引力控制系統 (ASR)、主動轉向系統（AFS)、車輛穩定性控制系統（ESP)等，這些控制系統從不同的角度輔 助了駕駛員對車輛在不同路面上的操縱。然而由于車輛是一個復雜的非線性系統，各種控 制系統的簡單疊加不但不能夠提高車輛的穩定性，反而會造成不同程度上的耦合和干涉， 因此集成控制系統的出現大大的簡化了控制程序，提高了車輛的穩定性和操縱性。
[0003] 主動前輪轉向系統（AFS)通過接收方向盤轉角信號、車速信號以及橫擺角速度信 號，在不影響車輛的縱向動力學的基礎上，對駕駛員的轉向信號提供校正。然而當車輛處在 高速緊急轉向等極限工況時，可能造成轉向飽和的情況，即不能通過AFS控制系統使車輛 恢復穩定。而車輛穩定性控制系統（ESP)的差動制動控制能夠彌補這一缺點，通過對不同 的車輪施加制動力而產生使車輛穩定的附加橫擺力矩。因此本發明集成了主動前輪轉向和 差動制動控制方式，最大優勢的發揮兩種控制的優點，對于提高車輛的穩定性、操縱性和乘 坐舒適性具有重要的意義。
[0004] 車輛穩定性控制的控制理念是通過施加外界的控制干預，使車輛當前的運行狀態 逼近參考的運行狀態。目前對于車輛參考狀態的計算通常是利用理想二自由度車輛模型， 根據駕駛員的方向盤轉角信號和車速信號，線性的計算出車輛的理想狀態，這是考慮駕駛 員正常駕駛的情況下，而當駕駛員失去控制時，這種計算方法就會失去其有效性和準確性， 因此具有一定的局限性。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種新型的車輛穩定性集成控制方法，通過調節前輪轉角和 相應輪胎的制動力，保證車輛的穩定性和乘坐舒適性。
[0006] 本發明所提出的車輛穩定性集成控制方法是通過以下技術方案實現的：
[0007] -種車輛穩定性集成控制方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一、實時采集車載傳感器反饋回來的車輛狀態信息，經計算或估計處理更新 車輛的方向盤轉角、橫擺角速度、質心側偏角、縱向車速以及制動管壓力狀態值；
[0009] 步驟二、根據步驟一實時處理得到的方向盤轉角信號、橫擺角速度信號、質心側偏 角信號和縱向車速信號，利用李雅普諾夫第二穩定性判定方法，決策出保持車輛穩定運行 的參考狀態值；
[0010] 步驟三、將步驟一中實時得到的車輛實際狀態信息和步驟二中得到的車輛參考狀 態值做比較，對當前車輛的穩定性風險做出評估：當參考值和實際值的偏差在一定閾值范 圍內時，判定此時車輛處于穩定狀態；如果參考值和實際值的偏差超出設定的閾值范圍，則 判定此時車輛存在穩定性風險；將穩定性風險特性分為不足轉向情況和過度轉向情況； [0011] 步驟四、當車輛處于失穩狀態時，選用模型預測控制算法在綜合考慮各種安全穩 定性約束的前提下，集成主動前輪轉向和差動制動控制，規劃決策出使車輛恢復穩定性的 前輪轉向角和附加橫擺力矩；
[0012] 步驟五、將步驟四中得到的附加橫擺力矩轉換成相應輪胎的期望制動力，同時與 制動管實際壓力作對比，從而決策出制動執行系統的增壓、保壓或減壓狀態，并轉換成與之 對應的電磁閥動作指令；
[0013] 步驟六、制動執行器和轉向執行器執行步驟五中的電磁閥動作指令和步驟四中的 前輪轉角指令，從而使車輛恢復穩定性。
[0014] 本發明由于采用了上述的技術方案，本發明具有以下積極效果：
[0015] 1、本發明基于車輛穩定性控制的基本原理，利用李雅普諾夫第二穩定性判定方 法，根據當前車輛的狀態信息規劃出車輛的穩定參考值，不管駕駛員在任何情況下，都具有 有效性和實用性。
[0016] 2、在考慮車輛側向運動和橫擺運動基礎上，提出一種新型的車輛穩定性控制方 法，綜合了主動前輪轉向控制和差動制動的優點，采用集成化控制方式設計。主動前輪轉向 修正了方向盤轉角和主動前輪轉角的關系而不影響車輛的縱向動力學，差動制動控制通過 對不同的車輪施加制動力產生附加橫擺力矩，從而使車輛恢復穩定性。兩種方法的集成避 免了兩種控制之間的耦合和干涉，同時從根本上結合了車輛穩定性的控制理念，既能快速 的恢復車輛的穩定性，又能提高車輛的乘坐舒適性。
[0017] 3、利用模型預測控制算法，根據當前車輛的運行狀態預測車輛未來一段時間內的 狀態，結構簡單，魯棒性強，同時能夠處理帶有約束的多變量優化問題，為開發車輛穩定性 控制系統打下了堅實的基礎。
[0018] 4、在優化控制中，主動轉向的優先權高于制動控制，這樣避免了車輛不必要的減 速，提高了車輛的乘坐舒適性和穩定性。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明所提出的車輛穩定性集成控制方法流程圖；
[0020] 圖2為自行車模型示意圖；
[0021] 圖3為雙移線仿真實驗的前輪轉角對比圖；
[0022] 圖4為雙移線仿真實驗的質心側偏角相圖對比圖；
[0023] 圖5為雙移線仿真實驗的附加橫擺力矩圖；
[0024] 圖6為雙移線仿真實驗的橫擺角速度對比圖；
[0025] 圖7為正弦延遲仿真實驗的前輪轉角對比圖；
[0026] 圖8為正弦延遲仿真實驗的質心側偏角相圖對比圖；
[0027] 圖9為正弦延遲仿真實驗的附加橫擺力矩圖；
[0028] 圖10為正弦延遲仿真實驗的橫擺角速度對比圖；
[0029] 圖11為本發明所提出的車輛穩定性集成控制方法的原理框圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖，對發明所提出的技術方案進行進一步闡述和說明。
[0031] 本發明提供一種車輛穩定性集成控制方法，如圖1所示，該方法包括以下步驟：
[0032] 1.實時采集和處理車輛當前狀態信息：
[0033] 首先，實時采集車載傳感器反饋回來的車輛狀態信息，其中包括轉向傳感器采集 來的方向盤轉角信號，偏轉率傳感器（陀螺儀）采集的車輛質心處的橫擺角速度信號，加速 度傳感器測量的縱向和側向的加速度信號，壓力傳感器檢測得到車輪處制動管的實際壓力 信號，輪速傳感器測量得到的車輪轉動角速度。將這些信號經過濾波或估計處理，從而實時 更新車輛當前的方向盤轉角、橫擺角速度、質心側偏角、縱向車速以及輪缸制動壓力等狀態 信息。
[0034] 2.根據步驟1實時處理得到的方向盤轉角信號、橫擺角速度信號、質心側偏角信 號和縱向車速信號，利用李雅普諾夫第二穩定性判定方法計算保持車輛穩定運行的參考狀 態值：
[0035] 車輛的橫擺角速度和質心側偏角是辨識車輛穩定性的重要參數，橫擺角速度是汽 車繞垂直軸的偏轉角速度，質心側偏角是汽車的側向車速與縱向車速之間的夾角。而質心 側偏角是直接反應車輛是否產生側滑的一個參數，隨著質心側偏角的增加，輪胎的側向力 逐漸增加，最終達到一個峰值，此時，駕駛員很難通過操縱方向盤產生使車輛穩定的橫擺力 矩。因此車輛穩定性控制的根本問題在于保持