一种车辆稳定性集成控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种车辆主动安全控制方法，尤其涉及一种基于李雅普诺夫第二方法 的车辆稳定性集成控制方法。
【背景技术】
[0002] 目前车辆的稳定性控制系统主要有制动防抱死系统（ABS)、牵引力控制系统 (ASR)、主动转向系统（AFS)、车辆稳定性控制系统（ESP)等，这些控制系统从不同的角度辅 助了驾驶员对车辆在不同路面上的操纵。然而由于车辆是一个复杂的非线性系统，各种控 制系统的简单叠加不但不能够提高车辆的稳定性，反而会造成不同程度上的耦合和干涉， 因此集成控制系统的出现大大的简化了控制程序，提高了车辆的稳定性和操纵性。
[0003] 主动前轮转向系统（AFS)通过接收方向盘转角信号、车速信号以及横摆角速度信 号，在不影响车辆的纵向动力学的基础上，对驾驶员的转向信号提供校正。然而当车辆处在 高速紧急转向等极限工况时，可能造成转向饱和的情况，即不能通过AFS控制系统使车辆 恢复稳定。而车辆稳定性控制系统（ESP)的差动制动控制能够弥补这一缺点，通过对不同 的车轮施加制动力而产生使车辆稳定的附加横摆力矩。因此本发明集成了主动前轮转向和 差动制动控制方式，最大优势的发挥两种控制的优点，对于提高车辆的稳定性、操纵性和乘 坐舒适性具有重要的意义。
[0004] 车辆稳定性控制的控制理念是通过施加外界的控制干预，使车辆当前的运行状态 逼近参考的运行状态。目前对于车辆参考状态的计算通常是利用理想二自由度车辆模型， 根据驾驶员的方向盘转角信号和车速信号，线性的计算出车辆的理想状态，这是考虑驾驶 员正常驾驶的情况下，而当驾驶员失去控制时，这种计算方法就会失去其有效性和准确性， 因此具有一定的局限性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种新型的车辆稳定性集成控制方法，通过调节前轮转角和 相应轮胎的制动力，保证车辆的稳定性和乘坐舒适性。
[0006] 本发明所提出的车辆稳定性集成控制方法是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种车辆稳定性集成控制方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤一、实时采集车载传感器反馈回来的车辆状态信息，经计算或估计处理更新 车辆的方向盘转角、横摆角速度、质心侧偏角、纵向车速以及制动管压力状态值；
[0009] 步骤二、根据步骤一实时处理得到的方向盘转角信号、横摆角速度信号、质心侧偏 角信号和纵向车速信号，利用李雅普诺夫第二稳定性判定方法，决策出保持车辆稳定运行 的参考状态值；
[0010] 步骤三、将步骤一中实时得到的车辆实际状态信息和步骤二中得到的车辆参考状 态值做比较，对当前车辆的稳定性风险做出评估：当参考值和实际值的偏差在一定阈值范 围内时，判定此时车辆处于稳定状态；如果参考值和实际值的偏差超出设定的阈值范围，则 判定此时车辆存在稳定性风险；将稳定性风险特性分为不足转向情况和过度转向情况； [0011] 步骤四、当车辆处于失稳状态时，选用模型预测控制算法在综合考虑各种安全稳 定性约束的前提下，集成主动前轮转向和差动制动控制，规划决策出使车辆恢复稳定性的 前轮转向角和附加横摆力矩；
[0012] 步骤五、将步骤四中得到的附加横摆力矩转换成相应轮胎的期望制动力，同时与 制动管实际压力作对比，从而决策出制动执行系统的增压、保压或减压状态，并转换成与之 对应的电磁阀动作指令；
[0013] 步骤六、制动执行器和转向执行器执行步骤五中的电磁阀动作指令和步骤四中的 前轮转角指令，从而使车辆恢复稳定性。
[0014] 本发明由于采用了上述的技术方案，本发明具有以下积极效果：
[0015] 1、本发明基于车辆稳定性控制的基本原理，利用李雅普诺夫第二稳定性判定方 法，根据当前车辆的状态信息规划出车辆的稳定参考值，不管驾驶员在任何情况下，都具有 有效性和实用性。
[0016] 2、在考虑车辆侧向运动和横摆运动基础上，提出一种新型的车辆稳定性控制方 法，综合了主动前轮转向控制和差动制动的优点，采用集成化控制方式设计。主动前轮转向 修正了方向盘转角和主动前轮转角的关系而不影响车辆的纵向动力学，差动制动控制通过 对不同的车轮施加制动力产生附加横摆力矩，从而使车辆恢复稳定性。两种方法的集成避 免了两种控制之间的耦合和干涉，同时从根本上结合了车辆稳定性的控制理念，既能快速 的恢复车辆的稳定性，又能提高车辆的乘坐舒适性。
[0017] 3、利用模型预测控制算法，根据当前车辆的运行状态预测车辆未来一段时间内的 状态，结构简单，鲁棒性强，同时能够处理带有约束的多变量优化问题，为开发车辆稳定性 控制系统打下了坚实的基础。
[0018] 4、在优化控制中，主动转向的优先权高于制动控制，这样避免了车辆不必要的减 速，提高了车辆的乘坐舒适性和稳定性。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明所提出的车辆稳定性集成控制方法流程图；
[0020] 图2为自行车模型示意图；
[0021] 图3为双移线仿真实验的前轮转角对比图；
[0022] 图4为双移线仿真实验的质心侧偏角相图对比图；
[0023] 图5为双移线仿真实验的附加横摆力矩图；
[0024] 图6为双移线仿真实验的横摆角速度对比图；
[0025] 图7为正弦延迟仿真实验的前轮转角对比图；
[0026] 图8为正弦延迟仿真实验的质心侧偏角相图对比图；
[0027] 图9为正弦延迟仿真实验的附加横摆力矩图；
[0028] 图10为正弦延迟仿真实验的横摆角速度对比图；
[0029] 图11为本发明所提出的车辆稳定性集成控制方法的原理框图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图，对发明所提出的技术方案进行进一步阐述和说明。
[0031] 本发明提供一种车辆稳定性集成控制方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
[0032] 1.实时采集和处理车辆当前状态信息：
[0033] 首先，实时采集车载传感器反馈回来的车辆状态信息，其中包括转向传感器采集 来的方向盘转角信号，偏转率传感器（陀螺仪）采集的车辆质心处的横摆角速度信号，加速 度传感器测量的纵向和侧向的加速度信号，压力传感器检测得到车轮处制动管的实际压力 信号，轮速传感器测量得到的车轮转动角速度。将这些信号经过滤波或估计处理，从而实时 更新车辆当前的方向盘转角、横摆角速度、质心侧偏角、纵向车速以及轮缸制动压力等状态 信息。
[0034] 2.根据步骤1实时处理得到的方向盘转角信号、横摆角速度信号、质心侧偏角信 号和纵向车速信号，利用李雅普诺夫第二稳定性判定方法计算保持车辆稳定运行的参考状 态值：
[0035] 车辆的横摆角速度和质心侧偏角是辨识车辆稳定性的重要参数，横摆角速度是汽 车绕垂直轴的偏转角速度，质心侧偏角是汽车的侧向车速与纵向车速之间的夹角。而质心 侧偏角是直接反应车辆是否产生侧滑的一个参数，随着质心侧偏角的增加，轮胎的侧向力 逐渐增加，最终达到一个峰值，此时，驾驶员很难通过操纵方向盘产生使车辆稳定的横摆力 矩。因此车辆稳定性控制的根本问题在于保持