[发明专利]通信受限情况下的车辆横摆运动鲁棒控制器设计方法

说明书

本发明公开一种通信受限情况下的车辆横摆运动鲁棒控制器设计方法，首先在车辆动力学建模过程中，考虑了横向轮胎力的因素。通过控制前轮横向轮胎力，间接产生前轮转向角，对车辆横摆运动进行有效控制；然后在建模过程中考虑轮胎侧偏刚度的变动，利用鲁棒控制算法，建立含参数不确定性的横摆运动控制模型，使得控制器对系统参数变动具有较好的鲁棒性；最后针对通信受限情况下发生的数据丢包情况，建立系统控制器，并分析其随机稳定性，从而实现在恶劣通信条件下对车辆的有效控制，利用静态输出反馈方法，避免了利用横向速度的信息，仅利用车辆横摆角速度信息即可实现对车辆进行车辆横摆运动控制。

技术领域

本发明涉及车辆控制器技术领域，具体涉及一种通信受限情况下的车辆横摆运动鲁棒控制器设计方法。

背景技术

汽车横摆运动控制系统是汽车主动安全系统的重要组成部分，可通过汽车主动转向系统，有效实现驾驶员的驾驶意图，提高操纵稳定性。现有的横摆运动控制系统存在如下的一些问题：

一、现有研究多采用前轮主动转向角作为系统控制输入，不考虑车辆横向轮胎力因素。如果横向轮胎力发生饱和，则车辆容易进入失控状态。因此，在车辆动力学建模过程中，应多考虑横向轮胎力的因素。

二、轮胎参数特别是其侧偏刚度，经常会随着胎压、温度等变化而变化。而大部分横摆运动的控制算法，是在假定轮胎参数不发生变动的情况下设计的；一旦轮胎参数变动，车辆横摆运动控制性能将发生较大变化，不利于操纵稳定性。

三、在目前车辆横摆运动控制的研究中，研究者大多假定车辆通信信号完好，不发生丢包或者延迟的情况。而实际情况中，车辆内部信号传输，经常受到通信线路带宽、温度、磁场等因素的影响而发生丢包或者延迟。一旦发生数据丢包或者延迟，则控制系统的稳定性就会受到极大影响，甚至导致车辆失稳。因此，在研究中应予以特别考虑。

四、目前车辆横摆运动控制的研究中，多数研究者考虑车辆所有状态参数可以测量，然后采用状态反馈的方法进行控制。而事实上车辆参数的测量是个复杂的过程，特别是横向速度的测量，需要昂贵的传感器，不利于其在普通车辆上的应用。如何避免利用横向速度的信息进行车辆横摆运动控制，是应该考虑的重要问题。

发明内容

本发明提供一种通信受限情况下的车辆横摆运动鲁棒控制器设计方法，所设计的控制器能够对车辆横摆运动状态进行有效控制，以提高车辆操纵稳定性。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

通信受限情况下的车辆横摆运动鲁棒控制器设计方法，包括如下步骤：

步骤1、分析车辆动力学特点，考虑轮胎力因素的车辆横摆动力学方程，并据此建立二自由度车辆动力学的状态空间模型；

步骤2、分析车辆轮胎侧偏刚度参数的变动情况，建立含不确定参数的横摆运动状态空间模型；

步骤3、基于含不确定参数的横摆运动状态空间模型，建立通信受限情况下的车辆横摆运动控制模型；

步骤3.1、将含不确定参数的横摆运动状态空间模型进行离散化表示，确定在通信受限情况下的系统静态输出反馈控制器，并建立在通信受限情况下的车辆横摆运动控制模型；

步骤3.2、给定通信受限情况下的车辆横摆运动控制模型的闭环系统随机稳定条件，求解静态输出反馈增益；

步骤3.3、利用所得的静态输出反馈增益，设计通信受限情况下的车辆横摆运动鲁棒控制器，该控制器可以根据车辆前轮胎的横向力计算出车辆前轮转角，并据此对前轮转角进行转向，以实现车辆的横摆运动控制。

上述步骤1中，二自由度车辆动力学的状态空间模型为：

其中，