本發(fā)明涉及車輛控制，尤其是涉及一種利用差動轉(zhuǎn)向的車輛彎道自適應(yīng)巡航穩(wěn)定性控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著汽車數(shù)量的迅猛增加，道路安全問題已然變得愈發(fā)嚴(yán)重。先進(jìn)的acc(adaptive?cruise?control，自適應(yīng)巡航控制)系統(tǒng)作為一種高級輔助駕駛系統(tǒng)，在提升行車安全性方面發(fā)揮著重要作用。它能夠根據(jù)前后兩車的行駛狀態(tài)以及車間距離，及時、準(zhǔn)確地調(diào)整自車車速，從而始終保持安全的跟車距離。然而，當(dāng)前對于acc系統(tǒng)的研究依舊存在著諸多局限性。

2、首先，在適應(yīng)性方面，該系統(tǒng)對環(huán)境變化的適應(yīng)性較差。目前廣泛采用的控制策略中，各性能指標(biāo)的動態(tài)調(diào)整能力明顯不足。例如，在面對前車突然頻繁變速的復(fù)雜環(huán)境下，acc系統(tǒng)可能無法迅速做出合適的調(diào)整，從而影響行車安全。其次，現(xiàn)有的研究缺乏對行駛經(jīng)濟(jì)性的考慮與分析，這在一定程度上限制了其應(yīng)用價值。此外，從研究工況來看，目前關(guān)于acc系統(tǒng)的研究主要集中在直線道路等幾種典型行駛工況下，對于彎道工況下的多目標(biāo)巡航控制方法研究較少。在實際行車中，當(dāng)前車在彎道中頻繁變速時，自車在跟車過程中的橫向穩(wěn)定性會受到極大影響，行駛路徑也很容易出現(xiàn)偏差。因此，在彎道自適應(yīng)巡航控制方法的設(shè)計中，必須充分考慮多目標(biāo)的協(xié)調(diào)性，既要保證車輛在彎道行駛中的安全跟車距離，又要兼顧車輛的橫向穩(wěn)定性，現(xiàn)有acc系統(tǒng)無法較好地適用于變曲率彎道以及前車頻繁加減速的復(fù)雜工況。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種利用差動轉(zhuǎn)向的車輛彎道自適應(yīng)巡航穩(wěn)定性控制方法，能夠改善車輛在彎道跟車過程中的橫向穩(wěn)定性并減少橫向位移偏差。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種利用差動轉(zhuǎn)向的車輛彎道自適應(yīng)巡航穩(wěn)定性控制方法，采用包含上層控制和下層控制的分層控制架構(gòu)，在上層控制中，結(jié)合基于mfac(model-free?adaptive?control，無模型自適應(yīng)控制)的差動轉(zhuǎn)向控制策略以及基于mpc(model?predictive?control，模型預(yù)測控制)的多目標(biāo)權(quán)重系數(shù)自調(diào)整的模糊邏輯規(guī)則，以車輛實際的車速、加速度、位置、橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角作為輸入，輸出得到車輛期望加速度；

3、在下層控制中，結(jié)合基于減速度保護(hù)范圍閾值的驅(qū)制動切換邏輯以及基于加速度誤差的前饋-反饋融合控制策略，以車輛實際的車速、加速度和車輛期望加速度作為輸入，輸出得到車輛輪轂電機轉(zhuǎn)矩信號；

4、將車輛輪轂電機轉(zhuǎn)矩信號傳輸給車輛輪轂電機，以相應(yīng)控制改變車輛行駛狀態(tài)。

5、進(jìn)一步地，所述基于mfac的差動轉(zhuǎn)向控制策略采用兩輸入-兩輸出的非線性離散時間系統(tǒng)，輸入量為車輛實際的車速、橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角，輸出量為左右兩前輪的驅(qū)動力矩。

6、進(jìn)一步地，所述基于mfac的差動轉(zhuǎn)向控制策略具體為：

7、pf(k+1)＝ff(mf(k)，mf(k-1)，…，mf(k-ni)，pf(k)，pf(k-1)，…，pf(k-n0))

8、其中，mf(k)＝[tfl，tfr]t∈r2×1為汽車的控制輸入矢量，pf(k)＝[eβ(k)?eω(k)]t∈r2×1為車輛穩(wěn)定性輸出矢量，ff(k)∈r2×1為未知的非線性函數(shù)向量，ni，n0∈z為兩個整數(shù)，z為整數(shù)集，分別表示系統(tǒng)的輸入和輸出信號序列的長度。

9、進(jìn)一步地，所述基于mpc的多目標(biāo)權(quán)重系數(shù)自調(diào)整的模糊邏輯規(guī)則具體是根據(jù)車間縱向運動學(xué)模型，在mpc框架下設(shè)定目標(biāo)函數(shù)、性能指標(biāo)及約束，通過優(yōu)化計算得到控制時域內(nèi)的期望加速度，并設(shè)計模糊邏輯規(guī)則實時更新性能指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，以滿足復(fù)雜多變的行駛工況。

10、進(jìn)一步地，所述性能指標(biāo)包括安全性、跟車性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。

11、進(jìn)一步地，所述目標(biāo)函數(shù)具體為：

12、

13、其中，u為控制變量集、包括各控制變量及其權(quán)重系數(shù)，所述控制變量包括相對車速、車間距誤差、自車加速度、自車加速度變化率，lf為車輛跟隨性和安全性的權(quán)重系數(shù)，lc為車輛的舒適性和經(jīng)濟(jì)性的權(quán)重系數(shù)，qδd為車間距誤差的權(quán)重因子，則分別表示兩車的相對車速、自車加速度和加速度變化率的權(quán)重因子，ε為向量松弛因子，ah為約束條件的系數(shù)矩陣，bh為約束條件的常數(shù)項矩陣。

14、進(jìn)一步地，所述模糊邏輯規(guī)則具體為：

15、當(dāng)車間距離誤差δd＜0時，自車容易與前車發(fā)生碰撞事故，此時車間距離誤差的權(quán)重系數(shù)qδd應(yīng)迅速增加，首先保證車輛的安全；

16、隨著車間距離誤差δd的增加，自車的碰撞風(fēng)險會逐漸解除，此時減小車間距離誤差的權(quán)重系數(shù)qδd，當(dāng)車間距離增加至超過預(yù)設(shè)閾值時，對車間距離進(jìn)行控制，防止車間距離繼續(xù)增大，出現(xiàn)相鄰車道車輛隨意切入的情況；

17、當(dāng)相對車速vrel＜0時，表示自車車速大于前車車速，如果此時車間距離誤差δd＜0，則控制自車進(jìn)行急減速；

18、如果相對車速vrel＜0的同時車間距離誤差δd＞0，則控制自車緩慢減速以改善行駛經(jīng)濟(jì)性；

19、當(dāng)自車處于危險狀態(tài)時，控制迅速減小自車加速度的權(quán)重系數(shù)保證自車可以快速響應(yīng)，反之，當(dāng)自車處于安全狀態(tài)時，則增加自車加速度的權(quán)重系數(shù)控制自車緩慢地加速或者減速以改善行駛經(jīng)濟(jì)性。

20、進(jìn)一步地，所述基于減速度保護(hù)范圍閾值的驅(qū)制動切換邏輯中，減速度保護(hù)范圍閾值為0.1m/s2，當(dāng)自車期望減速度ades≥a+0.1時，為驅(qū)動控制；

21、當(dāng)自車期望減速度ades≤a-0.1時，為制動控制；

22、當(dāng)a-0.1<ades＜a+0.1時，車輛保持現(xiàn)有狀態(tài)，不進(jìn)行驅(qū)動/制動的切換；

23、其中，a為基準(zhǔn)減速度。

24、進(jìn)一步地，所述基于加速度誤差的前饋-反饋融合控制策略的具體控制過程為：

25、將由驅(qū)動系統(tǒng)的逆動力學(xué)模型得到的期望驅(qū)動力矩tmotor_des作為前饋量，為消除在建模時前饋量產(chǎn)生的建模誤差對控制系統(tǒng)的影響，利用期望加速度ades和實際加速度aact之間的誤差進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，將得到的驅(qū)動力矩tmotor_ref作為反饋量，即為最終期望驅(qū)動力矩；

26、將由制動系統(tǒng)的逆動力學(xué)模型得到的期望制動壓力pm_des作為前饋量，為消除在建模時前饋量產(chǎn)生的建模誤差對控制系統(tǒng)的影響，利用期望減速度ades和實際減速度aact之間的誤差進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，將得到的制動壓力pm_ref作為反饋量，即為最終期望制動壓力。

27、進(jìn)一步地，所述驅(qū)動力矩tmotor_ref具體為：

28、

29、

30、其中，tmotor_ref為調(diào)整后的期望驅(qū)動力矩，ktp和kti分別為驅(qū)動反饋pi控制器的比例參數(shù)和積分參數(shù)；

31、所述制動壓力pm_ref具體為：

32、pm_ref＝pm_des+kpp[ades(n)-aact(n)]+kpi∑[ades(n)-aact(n)]

33、

34、其中，pm_ref為調(diào)整后的期望制動壓力，kpp和kpi分別為制動反饋pi控制器的比例參數(shù)和積分參數(shù)。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

36、本發(fā)明基于分層控制架構(gòu)，在上層控制中，提出一種基于mfac的差動轉(zhuǎn)向控制方法，并設(shè)計了基于mpc的多目標(biāo)權(quán)重系數(shù)自調(diào)整的模糊邏輯規(guī)則，用以改善車輛在彎道跟車時的橫向穩(wěn)定性及路徑跟蹤能力，并實時優(yōu)化得到自車行駛的期望加速度；在下層控制中，則提出基于減速度保護(hù)范圍閾值的驅(qū)制動切換邏輯、前饋與反饋融合的控制方法，用以控制車輛穩(wěn)定地完成彎道跟車行駛。由此通過差動轉(zhuǎn)向來改善車輛在彎道跟車過程中的橫向穩(wěn)定性并減少橫向位移偏差。

37、本發(fā)明提出基于mfac的差動轉(zhuǎn)向控制策略，根據(jù)差動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學(xué)模型，確定所設(shè)計控制系統(tǒng)的輸入和輸出變量，其中輸入變量為車輛的橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角與各自理想值之間的誤差，輸出變量為左右兩前輪的驅(qū)動力矩(存在差動驅(qū)動力矩)。通過驗證表明該基于mfac的差動轉(zhuǎn)向控制策略輸出的跟蹤誤差穩(wěn)態(tài)值最終收斂于0，即表明該基于mfac的差動轉(zhuǎn)向控制策略是穩(wěn)定的，能夠有效改善車輛在彎道跟車時的橫向穩(wěn)定性及路徑跟蹤能力，滿足駕駛員在變曲率彎道中對acc系統(tǒng)的使用需求。

38、本發(fā)明提出基于mpc的多目標(biāo)權(quán)重系數(shù)自調(diào)整的模糊邏輯規(guī)則，在mpc框架下選取合適的性能指標(biāo)(包括安全性、跟車性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性)及約束，并在在系統(tǒng)硬約束的基礎(chǔ)上引入了松弛向量，使得性能指標(biāo)的變化范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，確保系統(tǒng)不會出現(xiàn)無解的情況，通過優(yōu)化計算得到控制時域內(nèi)的期望加速度，并設(shè)計模糊邏輯規(guī)則實時更新性能指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，從而更好地滿足復(fù)雜多變的行駛工況，使得車輛在不同行駛環(huán)境下對跟車性、經(jīng)濟(jì)性、安全性及舒適性的側(cè)重點有所不同，提高acc系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性。

39、本發(fā)明設(shè)計0.1m/s2的保護(hù)范圍閾值，用于實現(xiàn)驅(qū)動/制動的切換控制判斷，并且考慮到車輛的非線性會使得在模型建立時產(chǎn)生誤差，設(shè)計前饋與反饋融合控制方法，以獲得準(zhǔn)確的期望驅(qū)動力矩和期望制動壓力，能夠降低驅(qū)制動頻繁切換帶來的不適感，并減少加速度誤差對系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的魯棒性。