一种车辆制动点头抑制方法与流程

本发明涉及一种车辆控制方法，属于车辆非线性控制领域。

背景技术：

在制动过程中，车辆会不可避免地发生不同程度的点头现象，且该现象的严重程度随着车辆制动减速度的增大而加重，这严重降低了车辆的平顺性，进而影响车内人员的乘车体验。

现有车辆平顺性控制方法的主要内容为：先建立四分之一悬架模型，再根据四分之一悬架模型设计四分之一悬架控制器，最后通过四分之一悬架控制器控制车辆悬架系统，以降低车身的垂向加速度，进而提升车辆的平顺性。然而，该方法却无法抑制车辆的制动点头。

技术实现要素：

本发明为解决现有的车辆平顺性控制方法无法抑制车辆制动点头的问题，提出了一种车辆制动点头抑制方法。

本发明所述的车辆制动点头抑制方法包括：

步骤一、在车辆制动的过程中，根据车身俯仰物理模型建立车身俯仰动力学模型；

步骤二、根据车身俯仰动力学模型设计车辆制动点头抑制器；

步骤三、通过车辆制动点头抑制器来同时调整车辆的前主动悬架控制输入力和后主动悬架控制输入力，进而抑制车辆的制动点头。

进一步的是，车身俯仰动力学模型为：

公式组(1)中，m_s为车身质量，z_s为车身垂向位移，k_sf为前主动悬架刚度，a为车身质心到前轴的距离，为车身俯仰角，z_wf为前车轮垂向位移，k_sr为后主动悬架刚度，b为车身质心到后轴的距离，z_wr为后车轮垂向位移，c_sf为前主动悬架阻尼，c_sr为后主动悬架阻尼，u_f为前主动悬架控制输入力，u_r为后主动悬架控制输入力；

I为车身俯仰转动惯量，a_x为车辆制动减速度，h_g为车身质心高度；

m_wf为前非簧载质量，k_wf为前轮刚度，c_wf为前轮阻尼，z_rf为前轮处路面垂直输入；

m_wr为后非簧载质量，k_wr为后轮刚度，c_wr为后轮阻尼，z_rr为后轮处路面垂直输入。

进一步的是，车辆制动点头抑制器的设计过程为：

取则有：

公式(2)中，V₁为李雅普诺夫函数，k_z为第一控制参数，k_z>0；

令：

公式(3)中，k₁为第二控制参数，k₁>0；

根据公式(2)和公式(3)有：

取则有：

公式(4)中，V₂为李雅普诺夫函数，为第三控制参数，

令：

公式(5)中，k₂为第四控制参数，k₂>0；

根据公式(4)和公式(5)有：

由负定，得到当t→∞时，t为时间；

进而得到：z_s→0，

进而得知：由公式组(1)的第三子公式和第四子公式够成的零动态子系统的系统矩阵满足劳斯-霍尔维茨稳定性判据；

则前主动悬架的控制律为：

后主动悬架的控制律为：

本发明所述的车辆制动点头抑制方法根据车辆制动过程中的车身俯仰动力学模型设计车辆制动点头抑制器。车辆制动点头抑制器通过同时调整车辆的前主动悬架控制输入力和后主动悬架控制输入力，以对车辆制动过程中的车身俯仰角进行控制，进而实现对车辆制动点头的抑制。与现有的车辆平顺性控制方法相比，本发明所述的车辆制动点头抑制方法在通过降低车身的垂向加速度来提高车辆平顺性的同时，更能够有效地抑制车身制动点头。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明所述的车辆制动点头抑制方法进行更详细的描述，其中：

图1为实施例所述的车辆制动点头抑制方法的流程框图；

图2为实施例提及的车辆制动过程中的车身俯仰物理模型图；

图3为实施例提及的有无车辆制动点头抑制器作用下的车身俯仰角随时间变化的曲线图；

图4为实施例提及的有无车辆制动点头抑制器作用下的车身垂向位移随时间变化的曲线图；

图5为实施例提及的车身点头控制律随时间变化的曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明所述的车辆制动点头抑制方法进一步说明。

实施例：下面结合图1～图5详细地说明本实施例。

如图1所示，本实施例所述的车辆制动点头抑制方法包括：

步骤一、在车辆制动的过程中，根据车身俯仰物理模型建立车身俯仰动力学模型；

步骤二、根据车身俯仰动力学模型设计车辆制动点头抑制器；

步骤三、通过车辆制动点头抑制器来同时调整车辆的前主动悬架控制输入力和后主动悬架控制输入力，进而抑制车辆的制动点头。

图2为车辆制动过程中的车身俯仰物理模型图，本实施例通过车身俯仰物理模型获得如下车身俯仰动力学模型：

公式组(1)中，m_s为车身质量，z_s为车身垂向位移，k_sf为前主动悬架刚度，a为质心到前轴的距离，为车身俯仰角，z_wf为前车轮垂向位移，k_sr为后主动悬架刚度，b为车身质心到后轴的距离，z_wr为后车轮垂向位移，c_sf为前主动悬架阻尼，c_sr为后主动悬架阻尼，u_f为前主动悬架控制输入力，u_r为后主动悬架控制输入力；

I为车身俯仰转动惯量，a_x为车辆制动减速度，h_g为车身质心高度；

m_wf为前非簧载质量，k_wf为前轮刚度，c_wf为前轮阻尼，z_rf为前轮处垂直路面输入；

m_wr为后非簧载质量，k_wr为后轮刚度，c_wr为后轮阻尼，z_rr为后轮处垂直路面输入。

本实施例的车辆制动点头抑制器的设计过程为：

取则有：

公式(2)中，V₁为李雅普诺夫函数，k_z为第一控制参数，k_z>0；

令：

公式(3)中，k₁为第二控制参数，k₁>0；

根据公式(2)和公式(3)有：

取则有：

公式(4)中，V₂为李雅普诺夫函数，为第三控制参数，

令：

公式(5)中，k₂为第四控制参数，k₂>0；

根据公式(4)和公式(5)有：

由负定，得到当t→∞时，t为时间；

进而得到：

进而得知：由公式组(1)的第三子公式和第四子公式够成的零动态子系统的系统矩阵满足劳斯-霍尔维茨稳定性判据；

则前主动悬架的控制律为：

后主动悬架的控制律为：

本实施例根据车辆制动点头抑制器的设计要求并结合预期的仿真运行结果，设计仿真运行相关参数以及车辆制动点头抑制器的控制参数，并通过调节车辆制动点头抑制器的控制参数，使车辆制动点头抑制器满足设计要求，即在车辆制动过程中，车辆制动点头抑制器能够通过控制车身俯仰角来抑制车辆的制动点头。

设计的仿真运行相关参数和车辆制动点头抑制器的控制参数如下：

车身质量m_s＝555kg，前非簧载质量m_wf＝30kg，后非簧载质量m_wr＝30kg，前主动悬架刚度k_sf＝28000N/m，后主动悬架刚度k_sr＝28000N/m，前主动悬架阻尼c_sf＝4000Ns/m，后主动悬架阻尼c_sr＝4000Ns/m，车身质心高度h_g＝0.45m，车身质心到前轴的距离a＝1.04m，车身质心到后轴的距离b＝1.56m，车身俯仰转动惯量I＝671.55kg·m²，前轮刚度k_wf＝232000N/m，后轮刚度k_wr＝232000N/m，前轮阻尼c_wf＝1000Ns/m，后轮阻尼c_wr＝1000Ns/m。

控制参数的选取：k_z＝2000，k₁＝100，k₂＝100。

在仿真过程中，车辆以0.5g的制动减速度在水平路面上制动，车身垂向位移和车身俯仰角初始化为：z_s(0)＝0.01m，其他变量初始化为0，进而验证车辆制动点头抑制器的抑制效果。

图3为有无车辆制动点头抑制器作用下的车身俯仰角随时间变化的曲线图。其中，实线为车辆制动点头抑制器作用下的车身俯仰角随时间的变化曲线，虚线为无车辆制动点头抑制器作用下的车身俯仰角随时间的变化曲线。根据图3可知：在车辆制动点头抑制器的作用下，车身俯仰角随时间快速收敛到0，能够有效地保证车辆的平顺性。

图4为有无车辆制动点头抑制器作用下的车身垂向位移随时间变化的曲线图。其中，实线为车辆制动点头抑制器作用下的车身垂向位移随时间的变化曲线，虚线为无车辆制动点头抑制器作用下的车身垂向位移随时间的变化曲线。根据图4可知：在车辆制动点头抑制器的作用下，车身垂向位移随时间快速收敛到0，能够有效地保证车辆的平顺性。

图5为车身点头控制律随时间变化的曲线图。其中，实线为前主动悬架控制输入力随时间的变化曲线，虚线为后主动悬架控制输入力随时间的变化曲线。根据图5可知：所设计的车辆制动点头抑制器的响应速度较快。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。