【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于车辆安全稳定行驶，具体涉及一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法。
技术介绍
1、随着汽车保有量的不断增加，道路上越来越多的非熟练驾驶员，由于其驾驶操作的失误和对车辆功能的不熟悉，造成的道路交通事故、环境污染和噪声等问题日益突出。汽车失稳导致的交通事故随着智能汽车控制的复杂程度升高而不断增长。汽车电子稳定程序(esp)作为汽车中一项重要的主动安全技术，通过控制车辆的横摆运动，能够有效的改善行车稳定性。车辆行驶的稳定性判据是其控制介入的基础，因此开展车辆稳定性判据对于提高esp的控制性能具有重要的意义。
2、目前车辆稳定状态判断的方法包括李雅普诺夫判定法和相平面法。其中李雅普诺夫函数设计的不同会导致控制域的大小不同，对控制系统的设计具有不确定性。而相平面中相轨迹的变化可以反映车辆的稳定状态和平衡位置，根据相轨迹对车辆的稳定域进行划分。相片面法主要包括以下几种：1、横摆角速度和侧向速度相平面法，这种方法侧向速度获取难度较大，而且在侧滑的时候不能充分表征车辆状态；2、质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面法，这种方法稳定区域边界划分简单，但是在非极限工况下实用性有待考证；3、质心侧偏角—横摆角速度相平面法，这种方法能充分表征车辆全工况稳定特性，但是目前没有学者深入研究车速、路面附着系数和前轮转角对稳定区域类型的影响；目前的研究中对相平面稳定域的划分多采用双直线法，并且边界直线的相关系数也基本是采用常数或者是采用来源于数据的抽象经验公式，并没有明确提出稳定域边界函数的数值计算方法。
技术
1、本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，能更充分表征全工况车辆稳定性状态，为车辆稳定性控制的介入和退出提供了准确的判定依据。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，利用质心侧偏角—质心侧偏角速度相平面和质心侧偏角—横摆角速度β-γ相平面进行并联可拓相平面车辆稳定性判断，当车辆处于失稳状态时，将基于质心侧偏角附加横摆力矩和基于横摆角速度附加横摆力矩进行演化博弈优化权重分配，具体包括以下步骤：
3、s1、获取道路环境信息和车辆运动状态信息，包括车辆行驶车速、前轮转角、路面附着系数，并得到车辆横摆角速度、质心侧偏角；根据车辆二自由度车辆动力学模型和轮胎公式得到车辆理想参考质心侧偏角和横摆角速度；
4、s2、选择质心侧偏角和横摆角速度作为车辆稳定性判断依据，确定车辆在不同状态下的稳定性边界；依据稳定性边界以及车辆在不同状态参数下稳定性边界的变化规律，对质心侧偏角—质心侧偏角速度相平面采用斜线法、质心侧偏角—横摆角速度β-γ相平面采用折线法对车辆相平面进行划分，确定相平面稳定性边界的边界函数；
5、s3、可拓相平面计算关联度函数，依据所述区域划分，利用车辆实时状态在可拓相平面的位置计算出此时的可拓关联度函数值；
6、s4、依据此时车辆可拓关联度函数值来实现车辆行驶的稳定性状态和对应控制域的判定,所述稳定性状态即为可拓相平面的三个论域，分别对应三个协调控制方式不同的控制域；
7、s5、当车辆状态处于稳态域时，车辆根据自身动力学特性可以收敛到稳定焦点，因此不需要进行稳定性控制；当车辆状态处于可拓域时，横摆角速度控制器单独控制；
8、s6、车辆状态处于非域范围时，采用横摆角速度和质心侧偏角控制器联合控制，采用演化博弈模型，进行其优化分配，保证车辆稳定性。
9、进一步的，步骤s1中所述车辆二自由度车辆动力学模型为：
10、
11、考虑到车辆的稳态转向和路面所能承受的最大附着，较小的路面附着系数可能无法提供车轮驱动时的附着力；车辆在不同曲率的路面行驶时，路面的倾斜角度不同；根据国家要求，在相同的道路曲率下，车辆在城市快速公路、国家高速公路、山区国道公路的路面倾斜角度也会不同；因此，充分考虑到轮胎和路面最大的附着极限，设计参数变量ξ对轮胎和路面之间最大附着极限进行动态限制：
12、
13、车辆行驶状态参考值表达式：
14、
15、式中，g为重力加速度；u为车辆的纵向速度；k2为后轮的侧偏刚度；a、b分别为质心到前轴和后轴的距离；δ为转向轮转角；m为汽车质量；l为前后轴轴距；k为稳定性因素；μ为路面附着系数；ξ为路面侧斜角度相关系数，取值范围为[0.75,1]。
16、进一步的，步骤s2具体为：基于车辆动力学模型，得到车辆的质心侧偏角—质心侧偏角速度平面图和质心侧偏角—横摆角速度β-γ平面图；
17、采用斜线法对相平面可拓域和非域边界进行划分，对相平面划分的稳定区域进行处理，得到简化的相平面图边界，车辆相平面可拓域和非域的边界参数表示为
18、
19、式中：k1、c1为稳定性边界系数；
20、经典域边界由轮胎侧偏特性的线性区与非线性区(即车辆横摆角速度增益的线性区与非线性区)的分界确定，在该论域内保证车辆轮胎侧偏特性始终处于线性区；计算出对应的稳态质心侧偏角β1，将过(±β1,0)平行于非域边界的直线作为经典域边界；
21、采用折线法对β-γ相平面可拓域和非域边界进行划分，对β-γ相平面划分的稳定区域进行处理，得到简化的相平面图边界，车辆相平面可拓域和非域的边界参数表示为：
22、
23、式中，k1、c1均为稳定性边界系数，受到车辆纵向速度、路面附着系数、前轮转角因素的影响，也是确定稳定域边界的关键；n1、n2为相平面横摆角速度两个极限值；m1、m2分别为稳定性边界平衡点和鞍点对应的横坐标；
24、其中，考虑前轮转角和载荷转移因素，稳定域边界横摆角速度的极限值通过车轴上最大轮胎力下的稳态横摆角速度计算得到，其表达式如下：
25、
26、进一步的，步骤s2中根据车辆在不同工况下稳定域边界情况拟合得到边界系数，且在不同工况下，k1和c1值不一定相同，这样就可根据在同一工况下确定δ和c1值；以前轮转角、车速和路面附着系数为输入变量，给定不同的车辆初始状态，通过多组循环赋值，得到不同行车工况下的两种相平面，以此分析不同转向轮转角δ，车速u和路面附着系数μ对稳定性边界特征的影响；如设定车速范围为0到20m/s，取步长为2；附着系数范围为0.1到0.8，取步长为0.1；转向轮转角为-40°到40°，取步长为5；建立稳定域样本数据集，对相平面中的车辆状态进行分析，采用折线分割法来实现相平面区域的划分；设计全工况下两类稳定域边界，建立全工况下稳定边界的三维数据库；车辆所处的工况，当行车工况也即车速、前轮转角和路面附着系数对应的坐标值(v0,δ0,μ0)判断车辆所处的稳定域类型。
27、进一步的，步骤s3的具体过程为：采用可拓测度模式识别，在二维可拓集合中，将二维集合映射到一维可拓集合中，点与区间的可拓距实质上是该点到区间最近边界的距离,由此可将本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，其特征在于：利用质心侧偏角—质心侧偏角速度相平面和质心侧偏角—横摆角速度β-γ相平面进行并联可拓相平面车辆稳定性判断，当车辆处于失稳状态时，将基于质心侧偏角附加横摆力矩和基于横摆角速度附加横摆力矩进行演化博弈优化权重分配，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，其特征在于：步骤S1中所述车辆二自由度车辆动力学模型为：
3.根据权利要求2所述的一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，其特征在于：步骤S2具体为：基于车辆动力学模型，得到车辆的质心侧偏角—质心侧偏角速度平面图和质心侧偏角—横摆角速度β-γ平面图；
4.根据权利要求3所述的一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，其特征在于：步骤S2中根据车辆在不同工况下稳定域边界情况拟合得到边界系数，且在不同工况下，k1和c1值不一定相同，这样就可根据在同一工况下确定δ和c1值；以前轮转角、车速和路面附着系数为输入变量，给定不同的车辆初始状态，通过多组循环赋值，得到不同行车工况下的两种相平面，以此分析不同转
5.根据权利要求1所述的一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，其特征在于：步骤S3的具体过程为：采用可拓测度模式识别，在二维可拓集合中，将二维集合映射到一维可拓集合中，点与区间的可拓距实质上是该点到区间最近边界的距离,由此可将二维集合中的可拓距转换到一维可拓集合中；状态点P3点到经典域和可拓域的可拓距分别为ρ(P3,<P4,P1>)和ρ(P3,<P5,P2>)以ρ(P3,<P4,P1>)为例，求解方程如下：
6.根据权利要求5所述的一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，其特征在于：步骤S4中所述：
7.根据权利要求6所述的一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，其特征在于：步骤S5具体过程为：选用车辆实际横摆角速与理想横摆角速度的偏差e(β)作为调控量，利用粒子群优化PID算法计算附加横摆力矩:
8.根据权利要求7所述的一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，其特征在于：步骤S6中，当车辆测度模式为M3，即非域状态，此时车辆即将失稳，车辆所需的附加横摆力矩：
9.根据权利要求3所述的一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，其特征在于：步骤S6中，采用复制动态模拟机制，依据的复制动态方程数学表达式如下：设基于质心侧偏角控制器“运行”时的策略期望收益为V11、选择“不采取”时的策略期望收益为V12，平均期望收益为V1，则有：
...【技术特征摘要】
1.一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，其特征在于：利用质心侧偏角—质心侧偏角速度相平面和质心侧偏角—横摆角速度β-γ相平面进行并联可拓相平面车辆稳定性判断，当车辆处于失稳状态时，将基于质心侧偏角附加横摆力矩和基于横摆角速度附加横摆力矩进行演化博弈优化权重分配，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，其特征在于：步骤s1中所述车辆二自由度车辆动力学模型为：
3.根据权利要求2所述的一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，其特征在于：步骤s2具体为：基于车辆动力学模型，得到车辆的质心侧偏角—质心侧偏角速度平面图和质心侧偏角—横摆角速度β-γ平面图；
4.根据权利要求3所述的一种并联可拓相平面车辆行驶稳定性控制方法，其特征在于：步骤s2中根据车辆在不同工况下稳定域边界情况拟合得到边界系数，且在不同工况下，k1和c1值不一定相同，这样就可根据在同一工况下确定δ和c1值；以前轮转角、车速和路面附着系数为输入变量，给定不同的车辆初始状态，通过多组循环赋值，得到不同行车工况下的两种相平面，以此分析不同转向轮转角δ，车速u和路面附着系数μ对稳定性边界特征的影响；如设定车速范围为0到20m/s，取步长为2；附着系数范围为0.1到0.8，取步长为0.1；转向轮转角为-40°到40°，取步长为5；建立稳定域样本数据集，对相平面中的车辆状态进行分析，采用折线分割法来实现相平面区域的划分；设计全工况下两类稳定域边界，建立全工况下稳定边界的三维数据库；车辆所处的工况，...
【专利技术属性】
技术研发人员：范小彬，赵凯凯，赵凯辉，陈国强，范炳絮，胡爱军，王艳鹏，陈帅，颜川周，于雪亮，王林辉，于俊辉，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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