[发明专利]一种基于轮胎垂向载荷分配的车辆稳定性控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆控制技术，特别涉及一种基于轮胎垂向载荷分配的车辆稳定性控制方法。

背景技术

车辆稳定性控制一直是车辆主动安全性研究的热点，一般而言，可以通过制动系统或转向系统对车辆横摆运动和侧倾运动的主动干预来控制车辆运动稳定性，达到提高主动安全性的目的。

总体上说，目前汽车底盘电控系统中存在两类的车辆稳定性控制算法，一类是通过转向系统调节轮胎侧偏力控制车辆横摆运动来抑制轮胎侧滑达到提高车辆稳定性目的，即通过调整轮胎侧偏力来实现质心侧偏角最小化及良好的横摆角速度的瞬态响应特性，从而校正车辆行驶的过度转向趋势或过多的不足转向特性，保证车辆行驶的姿态和运动稳定性。如四轮转向系统4WS 和主动前轮转向系统AFS，另一类是通过轮胎纵向力（制动力矩或驱动力矩）的分配控制来产生稳定车辆运动的校正横摆力矩，实现对车辆稳定性控制的，如基于制动力分配的电子稳定性控制系统ESP和车辆稳定性控制系统VSC等。

可是，前述的控制策略均是通过轮胎的水平力（即轮胎的侧偏力和纵向力）控制车辆的横摆运动来抑制车辆侧滑引起的失稳，并没有考虑轮胎垂向力的作用及其对侧向力的非线性耦合关系。

发明内容

本发明是针对提高车辆的自主安全性的问题，提出了一种基于轮胎垂向载荷分配的车辆稳定性控制方法，根据垂向载荷与轮胎侧偏力复杂的非线性关系，通过主动悬架主动力调控车辆的垂向载荷分配，进而控制轮胎的侧向力非线性分配，以提供一个补偿的横摆力矩来控制车辆的横摆运动，最终达到抑制车辆侧滑提高车辆稳定性的目的。

本发明的技术方案为：一种基于轮胎垂向载荷分配的车辆稳定性控制方法，驾驶员给出转向输入，通过车载传感器对车辆状态信息的监测以估计车辆运动状态参数信息，整车参考模型估计出车辆的状态信息和理想状态信息，通过实际运动状态信息与理想状态信息的比较，车辆的跟踪误差输入到控制器，通过PID控制算法得到悬架的主动力反馈，车辆接受反馈控制后，车辆轮胎的垂向载荷进行重新分配，产生一个校正横摆力矩来抑制车辆的侧滑。

所述整车参考模型采用两自由度的单轨车辆模型估计理想车辆侧向速度和横摆角速度，参考车辆模型的状态方程为：                                               式中，和分别是状态变量和控制输入，和分别是状态矩阵和控制输入矩阵，定义如下：

,

，

式中，、 、和分别是车身侧偏角、横摆角速度、前轮转向输入和纵向速度，和分别是整车质量和横摆转动惯量，和分别是质心到前后车轴的距离，和分别是前后轮胎的侧偏刚度。

所述车辆轮胎的垂向载荷的相互关系如下：

式中，是四个轮胎的垂向载荷，、和分别是车辆的侧向加速度、车身侧倾角和车身质心到侧倾中心的垂直距离，是左前主动悬架的主动力，控制悬架的主动力，就是调控4个轮胎的垂向载荷分配。

本发明的有益效果在于：本发明基于轮胎垂向载荷分配的车辆稳定性控制方法，通过悬架主动力控制轮胎垂向载荷来调控车辆横摆运动的控制策略，为车辆的稳定性控制提供了一种新的解决方案。

附图说明

图1为本发明纯侧偏工况轮胎垂向载荷与侧偏力的耦合关系图；

图2为本发明主动力调控的校正横摆力矩图；

图3为本发明控制策略图；

图4为本发明转向阶跃左前悬架主动力控制输出图；

图5为本发明阶跃试验主动力控制的校正横摆力矩图；

图6为本发明阶跃试验横摆角速度时域响应图；

图7为本发明阶跃试验车身侧偏角时域响应图。

具体实施方式

本发明采用纯侧偏工况下的魔术轮胎模型，其垂向载荷与侧偏力的耦合关系如图1，该图表明：随着垂向轮胎载荷的增加，轮胎提供侧偏力的斜率逐渐变小。利用这一轮胎垂向与侧向的耦合机理，可以通过主动悬架控制力优化轮胎的垂向载荷分配，于是前后垂向载荷转移会使前后轮胎均产生一个侧偏力差，继而形成一个车辆稳定行驶所需的横摆力矩，如图2所示，是车辆的速度，是车身质心侧偏角，和分别是底盘坐标系的纵向和侧向坐标轴，是车辆质心，如果轮胎1和4的载荷增量符号为正，图2中，加号表示轮胎垂向载荷增量符号为正，而减号表示轮胎垂向载荷增量符号为负，则产生一个逆时针方向的横摆力矩，增加车辆的过度转向趋势；反之，如果轮胎1和4的载荷增量符号为负，则产生一个顺时针方向的横摆力矩，增加车辆的不足转向趋势。