基于底盘域控制器的车辆横纵向稳定性评价与分级方法与流程

1.本发明涉及汽车技术领域，更具体地说，本发明涉及基于域控制器的车 辆横纵向稳定性评价与分级方法。

背景技术：

2.车辆稳定性的评价方法主要包括：(1)β-(侧偏角-侧偏角速度)相 平面估计法；该类方法通过分解二自由度车辆动力学方程及轮胎模型建立非 线性二自由度模型，到质心侧偏角和质心侧偏角速度的关系，再依据具体 的车辆参数描绘得出。(2)β-γ(侧偏角-横摆率)相平面估计法；该类方 法通过分解二自由度车辆动力学方程及轮胎模型建立非线性二自由度模型， 到质心侧偏角和横摆角速度的关系，再依据具体的车辆参数描绘得出。(3) 均值聚类法的横向稳定性判断方法；采用k均值聚类算法对车辆行驶状态数 据进行离线聚类分析，离线量化车辆的行驶稳定性，用于为控制系统的介入 时机提供判断依据。
3.上述评价方法(1)(2)的缺点为：(a)构建的稳定边界随纵向速度、 路面附着系数、前轮转角等的影响而变化，仅根据车辆理论参数进行计算得 出，在实际工程应用中难以提供实际工程应用方法；(b)质心侧偏角本身数 值较小，且在实际车辆姿态数据采集时，由于传感器的数值波动，会造成数 据波动误差比例大，不准确；(c)划分的稳定边界无法体现实际车辆的稳定 状态，难以为工程应用提供可分解的车辆稳定性控制依据。
4.上述评价方法(3)的缺点为：(a)数据采集难度大，特别是采集车辆 处于不稳定状态时所要克服的危险性；(b)此类聚类方法在不同参数分类阈 值下对应的分类结果会出现较大偏差。
5.综上，根据车辆动力学方程和轮胎模型构建的稳定域，应具备实际工程 项目应用的可实现方法，现有的技术均是设计了理论模型的应用，缺乏推演 到实际工程的实现方法。
6.发明新型内容
7.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供基于域控制器的车 辆横纵向稳定性评价与分级方法。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
9.基于底盘域控制器的车辆横纵向稳定性评价与分级方法，包括如下步骤：
10.s1.构建的具有状态变量vv和r的车辆横向动力学模型；
11.s2.构建的lugre轮胎模型；
12.s3.综合车辆操纵稳定性和轮胎稳定性，通过线性化方法得到稳定域；
13.s4.在稳定域被线性化表述后，根据实际车辆状态判断车辆稳定状态，同 时计算距离稳定域边界最近的点，包括如下步骤：a1.确定距离稳定域最近的 点b；a2.确定车辆稳定性的判断方法；
14.s5.根据实际固化的车辆参数，确定稳定域的线性化表达式；
15.s6.通过c1和c2将稳定域适当缩小，c1和c2将原动态域适当缩小为虚线所 示的动态域；
16.s7.判断得出的车辆稳定状态记为s
t
，稳定时s
t
＝-1，失稳时s
t
＝1，d 为车辆实时稳定状态点距离稳定域边界的距离，使用z(d)描述车辆运行时的 危险系数，z(d)越大，危险系数越大，车辆失稳等级越高，车辆越接近于失控 状态。
17.优选的，s1中，构建的具有状态变量vy和r的车辆横向动力学模型表示 为：
[0018][0019][0020]
其中，mv、v
x
、vy和r分别为车辆质量、纵向速度、横向速度和横摆角 速度，f
yi
(i＝fl,fr,rl,rr)分别为车辆四轮横向力，δf为前轮转角，lf为从重心 到前轮轴距离，lr为从重心到后轮轴距离，ls为轮距的一半，f
yafc
为afs产生 的侧向力，m
dyc
为dyc产生的偏航力矩；
[0021]
四轮侧偏角在车辆动力学中可表述为：
[0022]
优选的，s2中，构建的lugre轮胎模型表示为：
[0023][0024]
其中，fy表示轮胎横向摩擦力；λ,α,fz,μ分别表示滑移率、滑移角、 垂直荷载、轮胎路面摩擦系数)；路面摩擦系数)；r为轮胎半径；
[0025][0026]
g(vr)＝μgo(vr)，μ为里
面 附着系数；w为轮速；描述stribeck效应，大括号 内的公式代表梯形荷载分布，σ
2ivri
描述轮胎材料粘性阻尼特性；fz为考虑静 态载荷分布和动态载荷转移的轮胎垂直力，可表示为：
[0027][0028]
其中，hg为车辆质心高度；a
x
和ay分别为车辆纵向横向加速度。
[0029]
优选的，s3中，车辆动力学状态方程可表示为：
[0030]
其中，其中，令时，可得稳定域的特征描述中，
[0031]
其中，a
0ij
表示为：
[0032][0033][0034]
[0035][0036]
使得a0满足a
011a022-a
012a021
》0，l＝lf+lr，则可得稳定域的线性化 描述为：
[0037][0038]
优选的，s4中，确定距离稳定域最近的点b，包括：
[0039]
在车辆实时行驶过程中，记车辆实时的状态点为a(vy,r)，a点距离稳定 域边界的最近点记为b(v
ys
,rs)，则满足：
[0040]f′i(v
ys
)
·kab
＝-1
[0041][0042]
其中，因此，当vy≥0时，计算a点距r＝fi(vy)距离的最 小值，得出b(v
ys
,rs)；当vy《0时，求a点关原点对称点a'与r＝fi(vy)的最 近点b'(v
ys
,rs)，则b(-v
ys
,-rs)，
[0043][0044][0045]
a2，确定车辆稳定性的判断方法，包括：
[0046]
判断车辆失稳方法，稳定域内任意点到稳定域边界最短距离为：
[0047]dsmin
＝min(d(v
ys1
,r
s1
),d(v
ys2
,r
s2
))。
[0048]
优选的，s5中，具体包括：
[0049]
选择具体车辆的特定v
x
＝25m/s、μ＝0.75且δf＝0
°
时v
y0-r0的稳定 域为基本域，将基本域分别线性化表示为：
[0050]
[0051][0052]
其中，c1和c2为动态稳定域控制系数，c1＝1.1，c2＝1；横纵向域稳态 修正系数：
[0053][0054][0055]
其中，当v
yc
《0时v
yc
＝0；当v
x
和μ一定时，rc和v
yc
为常数。
[0056]
优选的，当v
x
和μ一定时，动态稳定域边界r
si
＝fi(v
x
,vy,μ,δf),i＝1,2 表示为：
[0057]
优选的，z(d)表示为：
[0058]
稳定性等级共分为6级，其中第0级车辆为正常稳定状态；第1级为临 近失稳状态；第2级为部分失稳状态；第3～5级失稳愈发严重，稳定性等级 记为g：
[0059]
本发明的技术效果和优点：
[0060]
1、根据车辆动力学方程和轮胎模型构建了v
y-γ(横向车速-横摆角速 度)稳定域，未采用基于质心侧偏角相关的构建方法，满足实际数据来源的 准确性和可实现性；
[0061]
2、将理论所得的v
y-γ(横向车速-横摆角速度)稳定域边界，通过不 同的纵向车速、前轮转角和路面附着系数得到不同的边界曲线，最终通过归 纳曲线拟合的方式实现复杂曲线的量化描述，降低了实时理论模型的计算复 杂度和实际工程应用难度；
[0062]
3、针对v
y-γ(横向车速-横摆角速度)稳定域边界，结合车辆实际运 行状态，提出有效的车辆稳定性评价和分级方法，该方法可直观得出车辆运 行稳定程度等级；同时，提出的失控状态指标可供给实际车辆稳定控制等功 能进行稳定性的补偿设计。
附图说明
[0063]
图1为本发明实施例提供的整体逻辑示意图；
[0064]
图2为本发明实施例提供的流程示意图；
[0065]
图3为本发明实施例提供的四轮车辆动力学模型示意图；
[0066]
图4为理论的v
y-γ(横向车速-横摆角速度)稳定域示意图；
[0067]
图5为稳定域最近点的计算示意图。
具体实施方式
[0068]
实施例
[0069]
如图1-5所示，本实施提供了一种基于底盘域控制器的车辆横纵向稳定 性评价方法，其整体逻辑如图1所示。具体的车辆固有参数(如车身长度l、 质量m等)，可以直接得出稳定域边界的线性化描述，同时，结合车辆在不 同的纵向车速v
x
、路面附着系数μ和前轮转角δf，可以拟合出适用于不同v
x
、 μ和δf的，用于描述稳定域边界的多项式；在实际车辆行驶过程中，通过采 集实时的横摆角速度r和横向车速vy，可以得出距离稳定域边界最近点的横纵 坐标v
ys
和rs以及最短距离d；最后，依据稳定性评价指标进行评价与稳定性分 级。
[0070]
总体来讲，本发明实施提供的一种基于底盘域控制器的车辆横纵向稳定 性评价方法，具体可以包括以下步骤：
[0071]
s1，构建的具有状态变量vy和r的车辆横向动力学模型表示为：
[0072][0073][0074]
其中，mv、v
x
、vy和r分别为车辆质量、纵向速度、横向速度和横摆角 速度，f
yi
(i＝fl,fr,rl,rr)分别为车辆四轮横向力，δf为前轮转角，lf为从重心 到前轮轴距离，lr为从重心到后轮轴距离，ls为轮距的一半，f
yafc
为afs产生 的侧向力，m
dyc
为dyc产生的偏航力矩。
[0075]
四轮侧偏角在车辆动力学中可表述为：
[0076][0077]
s2，构建的lugre轮胎模型表示为：
[0078][0079]
其中，fy表示轮胎横向摩擦力；λ,α,fz,μ分别表示滑移率、滑移角、 垂直荷载、轮胎
路面摩擦系数)；路面摩擦系数)；r为轮胎半径；
[0080][0081]
g(vr)＝μgo(vr)，μ为里面 附着系数；w为轮速；描述stribeck效应，大括号 内的公式代表梯形荷载分布，σ
2ivri
描述轮胎材料粘性阻尼特性；fz为考虑静 态载荷分布和动态载荷转移的轮胎垂直力，可表示为：
[0082][0083]
其中，hg为车辆质心高度；a
x
和ay分别为车辆纵向横向加速度。
[0084]
s3，综合车辆操纵稳定性和轮胎稳定性，通过线性化方法得到稳定域的 具体描述。
[0085]
车辆动力学状态方程可表示为：
[0086][0087]
其中，
[0088]
令时，可得 稳定域的特征描述中，其中， a
0ij
表示为：
[0089][0090][0091][0092][0092][0093]
使得a0满足a
011a022-a
012a021
》0，l＝lf+lr，则可得稳定域的线性化 描述为：
[0094][0095]
s4，在稳定域被线性化表述后，根据实际车辆状态判断车辆稳定状态， 同时计算距离稳定域边界最近的点，如图5所示。具体可以包括以下步骤：
[0096]
a1，确定距离稳定域最近的点b，包括：
[0097]
在车辆实时行驶过程中，记车辆实时的状态点为a(vy,r)，a点距离稳定 域边界的最近点记为b(v
ys
,rs)，则满足：
[0098]f′i(v
ys
)
·kab
＝-1
[0099][0100]
其中，因此，当vy≥0时，计算a点距r＝fi(vy)距离的最 小值，得出b(v
ys
,rs)；当vy《0时，求a点关原点对称点a'与r＝fi(vy)的最 近点b'(v
ys
,rs)，则b(-v
ys
,-rs)。
[0101][0102][0103]
a2，确定车辆稳定性的判断方法，包括：
[0104]
判断车辆失稳方法如表1所示。稳定域内任意点到稳定域边界最短距离 为：
[0105]dsmin
＝min(d(v
ys1
,r
s1
),d(v
ys2
,r
s2
))
[0106]
判断条件可由图4得出。
[0107]
表1为基于稳定域的车辆失稳判断方法
[0108][0109]
表1
[0110]
s5，车辆在不同的车速、路面附着系数和前轮转角的情况下，计算得出 的稳定域均不同，为了降低实时计算的负载、提高计算效率，根据实际固化 的车辆参数，确定稳定域的线性化表达式。具体包括：
[0111]
选择具体车辆的特定v
x
＝25m/s、μ＝0.75且δf＝0
°
时v
y0-r0的稳定 域为基本域。将基本域分别线性化表示为：
[0112][0113][0114]
其中，c1和c2为动态稳定域控制系数，c1＝1.1，c2＝1；横纵向域稳态 修正系数：
[0115][0116][0117][0118]
其中，当v
yc
《0时v
yc
＝0；当v
x
和μ一定时，rc和v
yc
为常数。
[0119]
s6，为使车辆在临界稳定域仍然可控，通过c1和c2将稳定域适当缩小。c1和c2将原动态域适当缩小为虚线所示的动态域。在实际控制过程中，适当的 动态域缩小使稳态控制算法提前介入，有利于车辆实时稳定性响应。
[0120]
当v
x
和μ一定时，动态稳定域边界r
si
＝fi(v
x
,vy,μ,δf),i＝1,2可表示为：
[0121]
[0122][0123]
s7，稳定性评价分级方法，包括：
[0124]
将表1初步判断得出的车辆稳定状态记为s
t
，稳定时s
t
＝-1，失稳时s
t
＝ 1。d为车辆实时稳定状态点距离稳定域边界的距离，使用z(d)描述车辆运行 时的危险系数，z(d)越大，危险系数越大，车辆失稳等级越高，车辆越接近于 失控状态。z(d)表示为：
[0125][0126]
稳定性等级共分为6级，其中第0级车辆为正常稳定状态；第1级为临 近失稳状态；第2级为部分失稳状态；第3～5级失稳愈发严重。稳定性等级 记为g：
[0127]

技术特征：

1.基于底盘域控制器的车辆横纵向稳定性评价与分级方法，其特征在于：包括如下步骤：s1.构建的具有状态变量v
v
和r的车辆横向动力学模型；s2.构建的lugre轮胎模型；s3.综合车辆操纵稳定性和轮胎稳定性，通过线性化方法得到稳定域；s4.在稳定域被线性化表述后，根据实际车辆状态判断车辆稳定状态，同时计算距离稳定域边界最近的点，包括如下步骤：a1.确定距离稳定域最近的点b；a2.确定车辆稳定性的判断方法；s5.根据实际固化的车辆参数，确定稳定域的线性化表达式；s6.通过c1和c2将稳定域适当缩小，c1和c2将原动态域适当缩小为虚线所示的动态域；s7.判断得出的车辆稳定状态记为s
t
，稳定时s
t
＝-1，失稳时s
t
＝1，d为车辆实时稳定状态点距离稳定域边界的距离，使用z(d)描述车辆运行时的危险系数，z(d)越大，危险系数越大，车辆失稳等级越高，车辆越接近于失控状态。2.根据权利要求1所述的基于底盘域控制器的车辆横纵向稳定性评价与分级方法，其特征在于：s1中，构建的具有状态变量v
y
和r的车辆横向动力学模型表示为：和r的车辆横向动力学模型表示为：其中，m
v
、v
x
、v
y
和r分别为车辆质量、纵向速度、横向速度和横摆角速度，f
yi
(i＝fl,fr,rl,rr)分别为车辆四轮横向力，δ
f
为前轮转角，l
f
为从重心到前轮轴距离，l
r
为从重心到后轮轴距离，l
s
为轮距的一半，f
yafc
为afs产生的侧向力，m
dyc
为dyc产生的偏航力矩；四轮侧偏角在车辆动力学中可表述为：3.根据权利要求1所述的基于底盘域控制器的车辆横纵向稳定性评价与分级方法，其特征在于：s2中，构建的lugre轮胎模型表示为：其中，f
y
表示轮胎横向摩擦力；λ,α,f
z
,μ分别表示滑移率、滑移角、垂直荷载、轮胎路面
摩擦系数)；摩擦系数)；r为轮胎半径；r为轮胎半径；g(v
r
)＝μg
o
(v
r
)，μ为里面附着系数；w为轮速；描述stribeck效应，大括号内的公式代表梯形荷载分布，σ
2i
v
ri
描述轮胎材料粘性阻尼特性；f
z
为考虑静态载荷分布和动态载荷转移的轮胎垂直力，可表示为：其中，h
g
为车辆质心高度；a
x
和a
y
分别为车辆纵向横向加速度。4.根据权利要求1所述的基于底盘域控制器的车辆横纵向稳定性评价与分级方法，其特征在于：s3中，车辆动力学状态方程可表示为：其中，其中，令时，可得稳定域的特征描述中，其中，a
0ij
表示为：
使得a0满足a
011
a
022-a
012
a
021
>0，l＝l
f
+l
r
，则可得稳定域的线性化描述为：5.根据权利要求1所述的基于底盘域控制器的车辆横纵向稳定性评价与分级方法，其特征在于：s4中，确定距离稳定域最近的点b，包括：在车辆实时行驶过程中，记车辆实时的状态点为a(v
y
,r)，a点距离稳定域边界的最近点记为b(v
ys
,r
s
)，则满足：f
′
i
(v
ys
)
·
k
ab
＝-1其中，因此，当v
y
≥0时，计算a点距r＝f
i
(v
y
)距离的最小值，得出b(v
ys
,r
s
)；当v
y
<0时，求a点关原点对称点a'与r＝f
i
(v
y
)的最近点b'(v
ys
,r
s
)，则b(-v
ys
,-r
s
)，)，a2，确定车辆稳定性的判断方法，包括：判断车辆失稳方法，稳定域内任意点到稳定域边界最短距离为：d
smin
＝min(d(v
ys1
,r
s1
),d(v
ys2
,r
s2
))。6.根据权利要求1所述的基于底盘域控制器的车辆横纵向稳定性评价与分级方法，其特征在于：s5中，具体包括：
选择具体车辆的特定v
x
＝25m/s、μ＝0.75且δ
f
＝0
°
时v
y0-r0的稳定域为基本域，将基本域分别线性化表示为：分别线性化表示为：其中，c1和c2为动态稳定域控制系数，c1＝1.1，c2＝1；横纵向域稳态修正系数：＝1；横纵向域稳态修正系数：其中，当v
yc
<0时v
yc
＝0；当v
x
和μ一定时，r
c
和v
yc
为常数。7.根据权利要求1所述的基于底盘域控制器的车辆横纵向稳定性评价与分级方法，其特征在于：当v
x
和μ一定时，动态稳定域边界r
si
＝f
i
(v
x
,v
y
,μ,δ
f
),i＝1,2表示为：8.根据权利要求1所述的基于底盘域控制器的车辆横纵向稳定性评价与分级方法，其特征在于：z(d)表示为：稳定性等级共分为6级，其中第0级车辆为正常稳定状态；第1级为临近失稳状态；第2级为部分失稳状态；第3～5级失稳愈发严重，稳定性等级记为g：

技术总结

本发明公开了基于底盘域控制器的车辆横纵向稳定性评价与分级方法，具体涉及汽车技术领域，包括如下步骤：S1.构建的具有状态变量V

技术研发人员：

高峰 丛森森 侯诗扬 张光耀

受保护的技术使用者：

清车智行（苏州）电子科技有限公司

技术研发日：

2022.07.07

技术公布日：

2022/10/20