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申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：一种开环结构的后轮主动转向与制动协同控制方法，涉及车辆运动控制技术领域。首先建立二自由度车辆动力学模型，然后设计后轮转向制动协同控制器，包括期望横摆率产生器、后轮转向逆模型控制器、后轮转向角特性描述、直接横摆力矩逆模型控制器、制动系统特性限制和制动力分配器这六个组成部分，其中，所述期望横摆率产生器包括稳态和瞬态两个部分。其考虑了后轮转向系统与制动系统的特性，通过后轮转向系统与制动系统的相互补充实现了协同控制，采用开环结构，无需横摆率或质心侧偏角做反馈量，即可输出后轮转向角和各轮缸制动压力，采用非线性车辆动力学模型，增强车辆的操控稳定性。

主权项：1.一种开环结构的后轮主动转向与制动协同控制方法，其特征在于：将前轮转向角δf和纵向车速vx输入，通过后轮转向制动协同控制器输出后轮转向角δr和各轮缸制动压力pi，其中i＝1,2,3,4按顺序分别代表左前轮、右前轮、左后轮、右后轮，包括以下步骤：步骤一：建立二自由度车辆动力学模型首先建立车体坐标系，原点位于车辆质心处，x轴指向车体正前方，y轴指向车体左侧，在考虑轮胎侧向力时，将同轴的两个车轮等效看作一个，前轴和后轴的轮胎侧向力分别记作Fyf和Fyr；考虑纵向车速vx不变的工况，将横摆率r和侧向车速vy视作车辆状态，前轮转向角δf视作扰动，后轮转向角δr与差动制动产生的直接横摆力矩Mz视作控制输入，推得二自由度车辆动力学模型如下： 式中，lf和lr分别为车辆质心到前轴和后轴的距离，Izz为横摆转动惯量，ay为侧向加速度；前后轴的轮胎侧向力Fyf和Fyr计算采用魔术公式作为非线性轮胎力模型，为突出轮胎侧向力与轮胎侧偏角之间的映射关系，将前轴和后轴的轮胎侧向力记作：Fyf＝fyfαfFyr＝fyrαr式中，fyf和fyr代表函数记号，αf和αr分别为前轮侧偏角和后轮侧偏角；然后获取基本车路参数，包括整车质量M、车辆质心到前轴和后轴的距离lf和lr、横摆转动惯量Izz、前后轴轮距df和dr、车轮的滚动半径R、魔术公式计算所需数据以及路面附着系数μ；步骤二：设计后轮转向制动协同控制器所述后轮转向制动协同控制器包括期望横摆率产生器、后轮转向逆模型控制器、后轮转向角特性描述、直接横摆力矩逆模型控制器、制动系统特性限制和制动力分配器这六个组成部分，其中，所述期望横摆率产生器包括稳态和瞬态两个部分；期望横摆率产生器的稳态部分设计如下：在给定的前轮转向角δf和纵向车速vx下，后轮转向角δr能改变质心侧偏角在稳态时令vy＝0，再考虑到稳态时结合二自由度车辆动力学模型得到如下方程组：lfFyf-lrFyr＝0ay-rvx＝0解出稳态横摆率rs，函数表示为：rs＝fβ＝0vx,δf；所述后轮转向逆模型控制器设计如下：以期望横摆率的导数为输入，以前轮转向角δf和纵向车速vx为可测扰动，以所需的后轮转向角δr为输出，以横摆率r和侧向车速vy为状态量，其动态为： 其中， Fyf＝fyfαfFyr＝fyrαr 根据逆模型的原理计算出所需的后轮侧向力为： 根据轮胎力函数求逆得到后轮侧偏角为： 进一步得到所需的后轮转向角为: 所述后轮转向角特性描述设计如下：系统的惯性特性用一惯性环节描述，中间变量记作δr2和δr3，其传递函数表示为： 式中，s为拉普拉斯算子，τM为时间常数；转向角速度的限制描述为： 转向角的限制描述为： 式中，δrL为后轮转向系统可达到的最大角度；所述直接横摆力矩逆模型控制器设计如下：以期望横摆率的导数为输入，以前轮转向角δf、纵向车速vx和约束后的后轮转向角δ'r为可测扰动，以所需的直接横摆力矩Mz为输出，以横摆率r和侧向车速vy为状态量，根据逆模型的原理计算出所需的直接横摆力矩为： 此外，直接横摆力矩逆模型控制器还输出前后轮侧偏角αf和αr以及横摆率r，提供给制动力分配器；所述制动系统特性限制设计如下：采用高通滤波与死区特性串联，高通滤波器的传递函数Ths描述为： 式中，τ为调整滤波器截止频率的参数；输入直接横摆力矩Mz通过高通滤波器后变为Mz2，死区特性描述为： 式中，Mzth为死区阈值，Mz2通过死区特性后变为期望直接横摆力矩M'z；期望横摆率产生器的瞬态部分设计如下：以稳态横摆率rs为输入，以期望横摆率的导数为输出，应用H2H∞方法，将瞬态部分构建为闭环系统，Ks为待求解的H2H∞控制器，然后将设计的后轮转向逆模型控制器、后轮转向角特性描述、直接横摆力矩逆模型控制器、制动系统特性限制以及期望横摆率产生器的瞬态部分全部线性化，得到线性化系统，用代表稳态横摆率函数线性化后的增益，Ps代表在H2H∞设计过程中的被控对象，代表后轮转向逆模型控制器线性化后的传递函数阵，对应两个输入分别为δf和代表直接横摆力矩逆模型控制器线性化后的传递函数阵，对应三个输入分别为δf、δ'r和GRSs代表后轮转向系统的惯性特性，而最大转向角速度和最大转向角限制由于无法线性化而被舍弃，z2和z∞分别代表H2和H∞输出，W2和W∞分别代表z2和z∞的权函数，分别取：W2＝ρ2 式中，ρ2和ρ∞为代调参数；因此，H2H∞问题的广义对象为： 式中，y为控制器Ks的输入，u为控制器Ks的输出，即为GP1＝GA1GRSGB2+GB1，GP2＝GA2GRSGB2+GB3，对该广义对象进行H2H∞控制器求解，即可得到控制器Ks；所述制动力分配器设计如下：以期望直接横摆力矩M'z、前后轮侧偏角αf和αr以及横摆率r为输入，以各轮缸制动压力pi为输出，各轮缸制动压力pi与相应车轮制动力矩T之间的关系为简单的正比例，比例系数为kb，表示如下：T＝pikb进一步求得各轮的制动力为： 根据轮胎力模型以及前后轮侧偏角αf和αr计算出每个轮胎能够提供的最大纵向力F'xmi；轮胎纵向力产生的直接横摆力矩Mz为： 制动力分配策略为： 至此，后轮转向制动协同控制器的所有组成部分均设计完毕，进行组合即可实现后轮主动转向与制动协同控制。

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