【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能驾驶测试，具体涉及一种基于lqr控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统。
技术介绍
1、汽车的侧风稳定性是指车辆在高速行驶过程中，通过跨海大桥、进出山谷隧道或进行超车会车时，受到侧向气流干扰后仍能保持稳定安全行驶的能力。这一性能直接关系到车辆的行驶安全，特别是在强侧风环境下，侧风稳定性较差的车辆容易发生横摆、侧滑、车道偏离甚至侧翻等失稳现象。因此，汽车的侧风稳定性仿真测试已经成为汽车行业中提升车辆安全性能的重要手段。
2、然而，在当前的侧风稳定性仿真测试中，尽管采用了先进的计算机仿真软件和模型，但仍存在测试仿真还原度低，测试结果不够精准的问题。首先，汽车周围的空气流动在侧风作用下变得极为复杂，特别是在高风速和变化剧烈的阵风条件下，这种复杂性进一步加剧。传统的仿真方法，如lbm(lattice boltzmann method)等，虽然在一定程度上能够模拟这种流动，但其适用速度离散模型和边界条件方法还非常有限，难以完全还原真实场景中的复杂气流变化。
3、其次，现有的仿真测试往往忽略了车辆行驶姿态与侧风气动特性之间的双向耦合关系。实际上，车辆行驶姿态的变化会反过来影响侧风气动特性，而这一点在当前的仿真模型中并未得到充分体现。因此，仿真结果往往无法准确反映车辆在真实侧风环境中的动态响应，使得测试结果难以达到预期的精度和可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术意在提供一种基于lqr控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，以解决现有技术中汽车的侧风
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案，一种基于lqr控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，本方案考虑实际工况中横向主动控制行为的影响，使用lqr算法进行横向控制，模拟实际驾驶对于侧向偏移的反馈行为，真实反映汽车在侧风环境下的运动情况，提高仿真还原程度，提升测试结果精准度。评价系统具体包括cfd模型单元、主动控制反馈单元和mbd模型单元；所述cfd模型单元用于获取车辆的运动参数，并根据运动参数输出气动载荷参数作为mbd模型单元的输入；
3、所述主动控制反馈单元用于模拟对车辆的主动控制行为，包括根据车辆的运动参数通过lqr模块获取车辆的前轮转角参数，并作为mbd模型单元的输入；
4、所述mbd模型单元用于将前轮转角参数作为控制量并更新气动载荷参数，根据气动载荷参数获得动力学响应参数，根据动力学响应参数对车辆的运动参数进行迭代，完成闭环的汽车侧风稳定性评价。
5、本方案的原理及优点是：
6、汽车的侧风稳定性研究涉及汽车空气动力学、汽车多体动力学等多学科交叉。为了系统的评估车辆的侧风稳定性，就需要考虑到气动扰流、汽车行驶路径及车身姿态变化等因素的相互耦合作用，模拟气动六分力与车身姿态的动态关系，即汽车侧风稳定性动态评价。通过该评价方式，可利用数值模拟方法较为真实地获取车辆在侧风环境下的流场信息及运动情况，如专利号为“cn117829029a”的专利技术申请就公开了采用汽车空气动力学和汽车多体动力学的模型来进行汽车侧风稳定性的测试方式。
7、但在侧风风速较大时，仿真车辆往往会因求解得到的横向速度较大且持续时间长而发生明显的侧向偏移，甚至直接驶出计算域，与实际情况发生明显不符的状态，导致测试结果不够准确。经过分析，我们发现这是因为，现有技术中还忽略了一点：即在行驶过程中驾驶员的纠偏行为及esp等辅助系统的作用。即使采用数值模拟方法通过汽车空气动力学与汽车多体动力学的耦合作用，还原了无纠偏行为时汽车在侧风环境下的运动，但忽略了现实驾驶在发生偏移时对方向的主动控制，具有一定的局限性，导致现有的测评方法还原程度较低，影响最终的测评结果可靠性。
8、同时，现有技术中即使参考了汽车空气动力学与汽车多体动力学的耦合作用，但因为没有考虑到真实驾驶时主动控制的因素，以及相互之间的影响关系，也导致建立的动力学模型误差较大，其构建的耦合关系偏差较大，导致测评结果不够精准。
9、由此本方案为真实还原侧风环境下汽车的运动情况并体现发生横向偏移时主动控制行为对侧风稳定性的影响，考虑了主动控制行为对侧风干扰的反馈作用，提出了一种基于lqr控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统。以汽车空气动力学、汽车多体动力学(cfd-mbd)双向动态耦合为基础，分别建立用于耦合计算的整车cfd模型和mbd模型，根据当前时间步的航向误差及横向误差通过lqr算法计算前轮转角参数，与气动六分力一同加载至动力学求解，之后将动力学响应的车身姿态参数向空气动力学传递，进行下一时间步的迭代，lqr算法与双向数据交换同步计算，对每一次求解的状态量进行反馈，从而实现闭环的汽车侧风稳定性评价。
10、实施本方案具有以下有益效果：
11、对比现有处理方法，与实际情况更加吻合，在缺乏侧风稳定性试验条件的情况下，真实再现汽车在复杂风环境下的行驶状态，能有效保证模型在求解时不发生近乎失控的侧向移动，真实还原实际驾驶工况，提高还原程度，提升测评结果的精准度和可靠性。
12、进一步的，所述主动控制反馈单元包括车身姿态参数模块、lqr计算模块、结构参数模块和路径模块；所述车身姿态参数模块用于获取车辆当前时间步的运动参数；所述结构参数模块用于获取车辆的车身结构参数；所述路径模块用于获取车辆的规划路径信息；所述lqr计算模块用于根据运动参数和结构参数计算出当前时间步的前轮转角参数。
13、进一步的，所述cfd模型单元包括更新模块、输出模块和判定模块；所述更新模块包括边界条件子模块和动网格子模块；所述边界条件子模块用于获取运动参数，并将运动参数作为边界条件进行更新，所述动网格子模块用于根据边界条件更新动网格模型，并通过动网格模型得到气动荷载参数；所述输出模块用于将求解得到的气动载荷参数输出；所述判定模块用于判定仿真是否结束。
14、进一步的，所述mbd模型单元包括控制量模块、运动状态模块、响应模块和判断模块；所述控制量模块用于获得控制量并更新气动载荷参数；所述运动状态模块用于根据气动载荷参数通过求解dae方程更新运动状态；所述响应模块用于根据运动状态得到动力学响应参数，并输出至主动控制反馈单元；所述判断模块用于判定仿真是否结束。
15、进一步的，所述主动控制反馈单元还包括误差模块和前馈干扰模块；所述误差模块用于获取车辆实际路径与规划路径的误差参数；所述前馈干扰模块用于根据误差参数生成干扰量，作为前馈控制输入所述lqr计算模块中参与计算。
16、进一步的，通过lqr计算模块构建前轮转角的状态方程，用于控制前轮转角的误差变化，前轮转角的状态方程采用自然坐标系下的汽车动力学方程表示为：
17、
18、式中，ed、分别代表自然坐标系下规划路径与实际路径的横向误差与航向误差，代表横向误差的一阶导数，代表横航向误差的一阶导数，代表横向误差的二阶导数，代表横航向误差本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于LQR控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于：包括CFD模型单元、主动控制反馈单元和MBD模型单元；所述CFD模型单元用于获取车辆的运动参数，并根据运动参数输出气动载荷参数作为MBD模型单元的输入；
2.根据权利要求1所述的一种基于LQR控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于：所述主动控制反馈单元包括车身姿态参数模块、LQR计算模块、结构参数模块和路径模块；所述车身姿态参数模块用于获取车辆当前时间步的运动参数；所述结构参数模块用于获取车辆的车身结构参数；所述路径模块用于获取车辆的规划路径信息；所述LQR计算模块用于根据运动参数和结构参数计算出当前时间步的前轮转角参数。
3.根据权利要求1所述的一种基于LQR控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于：所述CFD模型单元包括更新模块、输出模块和判定模块；所述更新模块包括边界条件子模块和动网格子模块；所述边界条件子模块用于获取运动参数，并将运动参数作为边界条件进行更新，所述动网格子模块用于根据边界条件更新动网格模型，并通过动网格模型得到气动荷载参数；所述输出模块
4.根据权利要求1所述的一种基于LQR控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于：所述MBD模型单元包括控制量模块、运动状态模块、响应模块和判断模块；所述控制量模块用于获得控制量并更新气动载荷参数；所述运动状态模块用于根据气动载荷参数通过求解DAE方程更新运动状态；所述响应模块用于根据运动状态得到动力学响应参数，并输出至主动控制反馈单元；所述判断模块用于判定仿真是否结束。
5.根据权利要求2所述的一种基于LQR控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于：所述主动控制反馈单元还包括误差模块和前馈干扰模块；所述误差模块用于获取车辆实际路径与规划路径的误差参数；所述前馈干扰模块用于根据误差参数和结构参数生成干扰量，作为前馈控制输入所述LQR计算模块中参与计算。
6.根据权利要求5所述的一种基于LQR控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于，通过LQR计算模块构建前轮转角的状态方程，用于控制前轮转角的误差变化，前轮转角的状态方程采用自然坐标系下的汽车动力学方程表示为：
7.根据权利要求6所述的一种基于LQR控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于，根据前轮转角的状态方程构建用于减少误差的代价函数：
8.根据权利要求7所述的一种基于LQR控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于，所述干扰量表示为：
9.根据权利要求6所述的一种基于LQR控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于：通过构建车身坐标系下的汽车动力学方程获得自然坐标系下的汽车动力学方程，其中，车身坐标系下的汽车动力学方程为：
10.根据权利要求9所述的一种基于LQR控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于：车身坐标系下的运动参数与自然坐标系下的运动参数关系为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于lqr控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于：包括cfd模型单元、主动控制反馈单元和mbd模型单元；所述cfd模型单元用于获取车辆的运动参数，并根据运动参数输出气动载荷参数作为mbd模型单元的输入；
2.根据权利要求1所述的一种基于lqr控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于：所述主动控制反馈单元包括车身姿态参数模块、lqr计算模块、结构参数模块和路径模块；所述车身姿态参数模块用于获取车辆当前时间步的运动参数；所述结构参数模块用于获取车辆的车身结构参数；所述路径模块用于获取车辆的规划路径信息；所述lqr计算模块用于根据运动参数和结构参数计算出当前时间步的前轮转角参数。
3.根据权利要求1所述的一种基于lqr控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于：所述cfd模型单元包括更新模块、输出模块和判定模块；所述更新模块包括边界条件子模块和动网格子模块；所述边界条件子模块用于获取运动参数，并将运动参数作为边界条件进行更新，所述动网格子模块用于根据边界条件更新动网格模型，并通过动网格模型得到气动荷载参数；所述输出模块用于将求解得到的气动载荷参数输出；所述判定模块用于判定仿真是否结束。
4.根据权利要求1所述的一种基于lqr控制算法的闭环汽车侧风稳定性动态评价系统，其特征在于：所述mbd模型单元包括控制量模块、运动状态模块、响应模块和判断模块；所述控制量模块用于获得控制量并更新气动载荷参数；所述运动状态模块用于根据气动载荷参数通过求解d...
【专利技术属性】
技术研发人员：张倩文，汪怡平，徐磊，王庆洋，黄滔，李梦迪，石建豪，彭超，
申请(专利权)人：中国汽车工程研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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