CN111976409B - 一种车辆舒适性和操稳性的控制方法、系统及计算机可读介质 - Google Patents

一种车辆舒适性和操稳性的控制方法、系统及计算机可读介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种车辆舒适性和操稳性的控制方法、系统及计算机可读介质，该方法包括：获取车辆当前的方向盘转角、垂向加速度、侧向加速度、侧倾角、俯仰角、横摆角和转向角；根据方向盘转角和侧倾角确定车辆当前驾驶情况下需要进行舒适性控制或操稳性控制；当进行舒适性控制时，根据所述垂向加速度、侧倾角和俯仰角计算每一悬架的第一期望附加垂向力，并控制每一悬架输出所述第一期望附加垂向力；当进行操稳性控制时，根据侧倾角和侧向加速度计算每一悬架的第二期望附加垂向力，控制每一悬架输出第二期望附加垂向力，根据横摆角和转向角确定需要制动的车轮以及附加制动力，控制输出附加制动力。本发明能提高驾乘的舒适性和操稳性，提高燃油经济性。

Description

一种车辆舒适性和操稳性的控制方法、系统及计算机可读 介质
技术领域
本发明涉及车辆舒适性和操稳性控制技术领域，尤其涉及一种车辆舒适性和操稳性的控制方法、系统及计算机可读介质。
背景技术
随着科学技术的不断发展和成熟，人们对车辆性能也提出相应需求，如主动安全性、动力性和舒适性等。为了满足上述要求，车辆制造商需对车辆性能进行设计和优化。其中舒适性和操纵稳定性是车辆动力学最基本的性能，若能对二者进行有效控制则对于提高车辆的驾乘舒适性和提高行驶安全性具有非常重要的意义。现有的车辆动力学性能优化过程中大都是将舒适性和操纵稳定性作为单独的性能指标进行优化和控制，并没有考虑这两个性能指标之间存在的耦合问题。因此，考虑舒适性和操稳性的综合控制方法有着较强的实际意义。
主动/半主动悬架可通过改变悬架系统刚度或/和阻尼系数实现悬架力的可调可控，被广泛应用于提高车辆驾乘舒适性。电控空气悬架作为一种主动悬架系统，是在普通悬架基础上使用空气弹簧替换螺旋弹簧并通过对空气弹簧的充放气进行控制实现悬架刚度的调节。电控空气悬架系统主要由储气罐、空气压缩机、空气干燥器、电磁阀组、电磁阀控制器等组成。通过调节空气弹簧的充放气，既可实现车身整体高度调节，同时也可以实现侧倾或侧跪等姿态调节，且能随着簧载质量的变化自动匹配最佳悬架刚度。
传统电控空气悬架大都是基于在不同车速区间下的对车身高度和刚度进行调节，提高驾乘舒适性和燃油经济性，其对于车辆操纵稳定性的调节控制未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种车辆舒适性和操稳性的控制方法、系统和计算机可读介质，以解决现有技术中将舒适性和操纵稳定性作为单独的性能指标进行优化和控制，并没有考虑这两个性能指标之间存在的耦合问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种车辆舒适性和操稳性的控制方法，该方法包括如下步骤：
获取车辆当前的方向盘转角、垂向加速度、侧向加速度、侧倾角、俯仰角、横摆角和转向角；
根据所述方向盘转角和所述侧倾角确定车辆当前驾驶情况下需要进行舒适性控制或操稳性控制；
当车辆需要进行舒适性控制时，根据所述垂向加速度、侧倾角和俯仰角计算每一悬架的第一期望附加垂向力，并控制每一悬架输出对应的所述第一期望附加垂向力；
当车辆需要进行操稳性控制时，根据所述侧倾角和侧向加速度计算每一悬架的第二期望附加垂向力，控制每一悬架输出所述第二期望附加垂向力，以及根据横摆角和转向角确定需要制动的车轮以及所述车轮的附加制动力，并控制输出所述附加制动力。
其中，所述根据方向盘转角和所述侧倾角确定车辆当前驾驶情况下需要进行舒适性控制或操稳性控制具体包括：
判断所述方向盘转角是否超过设定的方向盘转角区间以及判断所述侧倾角是否超过设定的侧倾角区间；
若所述方向盘转角和所述侧倾角均在对应的设定区间范围内，则确定车辆当前驾驶情况下需要进行舒适性控制；若所述方向盘转角或所述侧倾角中的至少一个超过对应的设定区间，则确定车辆当前驾驶情况下需要进行操稳性控制。
其中，所述根据所述垂向加速度、侧倾角和俯仰角计算每一悬架的第一期望附加垂向力具体包括：
根据车辆舒适性控制的力矩平衡方程确定每一悬架的第一期望附加垂向力的表达式；
根据所述垂向加速度、侧倾角、俯仰角和第一期望附加垂向力的表达式计算获得每一悬架的第一期望附加垂向力；
其中，所述车辆舒适性控制的力矩平衡方程为：
Figure BDA0002070111020000031
hp·sinθ·mg+mz″+Ixθ″＝(Ffr1+Ffl1)lf-(Frr1+Frl1)lr
其中，每一悬架的第一期望附加垂向力的表达式为：
Figure BDA0002070111020000032
Figure BDA0002070111020000033
Figure BDA0002070111020000034
Figure BDA0002070111020000035
其中，m为车体簧载质量，hs为车辆质心到侧倾轴的距离，hp为车辆质心到俯仰轴的距离，Ix为俯仰转动惯量，Iy为侧倾转动惯量，θ″为车辆俯仰角加速度，
Figure BDA0002070111020000036
为车辆侧倾角，
Figure BDA0002070111020000037
为车辆侧倾角加速度，y″为车辆侧向加速度，z″为车辆垂向加速度，d为车辆轮距，g为重力加速度，lf为车辆质心到前轴的距离，lr为车辆质心到后轴的距离，Ffl1为左前悬架的第一期望附加垂向力，Ffr1为右前悬架的第一期望附加垂向力，Frl1为左后悬架的第一期望附加垂向力，Frr1为右后悬架第一期望的附加垂向力。
其中，所述控制每一悬架输出所述第一期望附加垂向力具体包括：
根据每一悬架的第一期望附加垂向力计算获得每一悬架所需的空气压强；
根据热力学第一定律和理想气体状态方程计算获得每一悬架所需的空气质量；
计算每一悬架所需的空气质量与控制悬架空气弹簧充放气的电磁阀的气体质量的比值；
通过所述比值计算所述电磁阀的输入信号的占空比；
判断所述第一期望附加垂向力是否大于零，若大于，则根据所述占空比控制空气弹簧充气，若小于零，则根据所述占空比控制空气弹簧放气。
其中，所述根据所述侧倾角和侧向加速度计算每一悬架的第二期望附加垂向力具体包括：
根据车辆操稳性控制的力矩平衡方程确定第二期望附加垂向力的表达式；
根据所述侧向加速度、侧倾角和所述第二期望附加垂向力的表达式计算获得每一悬架的第二期望附加垂向力；
其中，车辆操稳性控制的力矩平衡方程为：
Figure BDA0002070111020000041
其中，第二期望附加垂向力的表达式为：
Figure BDA0002070111020000042
Figure BDA0002070111020000043
Figure BDA0002070111020000044
Figure BDA0002070111020000045
其中，m为车体簧载质量，hs为车辆质心到侧倾轴的距离，Iy为侧倾转动惯量，
Figure BDA0002070111020000046
为车辆侧倾角，
Figure BDA0002070111020000047
为车辆侧倾角加速度，y″为车辆侧向加速度，d为车辆轮距，g为重力加速度，lf为车辆质心到前轴的距离，lr为车辆质心到后轴的距离，Ffl2为左前悬架的第二期望附加垂向力，Ffr2为右前悬架的第二期望附加垂向力，Frl2为左后悬架的第二期望附加垂向力，Frr2为右后悬架第二期望的附加垂向力。
其中，根据车辆的横摆角和转向角确定需要制动的车轮以及所述车轮的附加制动力并控制输出所述附加制动力具体包括：
根据横摆角计算横摆角速度差值，并根据所述车辆的当前转向角和横摆角速度差值确定需要控制的车轮；
计算所述车辆的每一车轮在地面坐标系中的侧向力和纵向力，并根据依所述每一车轮在地面坐标系中的侧向力和纵向力建立的运动方程获得所述需要控制的车轮的附加侧向力和附加纵向力，并控制给所述需要控制的车轮施加所述附加侧向力和所述附加纵向力。
其中，所述根据所述车辆的当前转向角和横摆角速度差值确定需要控制的车轮具体为：
判断车辆的当前转向角是否大于零，若车辆的当前转向角大于零，则进一步判断所述横摆角速度差值是否大于零，若大于，则确定需要控制的车轮为右前轮，若小于，则需要控制的车轮为左后轮；若车辆的当前转向角小于零，则进一步判断所述横摆角速度差值是否大于零，若大于，则需要控制的车轮为右后轮，若小于，则需要控制的车轮为左前轮。
其中，所述计算每一车轮在地面坐标系中的侧向力和纵向力具体为：
Figure BDA0002070111020000051
其中，Fxwi为第i个轮胎在车辆坐标系下的纵向力，Fywi为第i个轮胎在车辆坐标系下的侧向力，δi为第i个车轮的转向角，Fxi为第i个车轮在地面坐标系下的侧向力，Fyi为第i个车轮在地面坐标系下的纵向力；
其中，所述依所述每一车辆在地面坐标系中的侧向力和纵向力建立的运动方程为：
Figure BDA0002070111020000052
其中，Iz为车辆偏航转动惯量，Fy1、Fy2、Fy3、Fy4分别为左前轮、左后轮、右后轮、右前轮在地面坐标系中的侧向力，Fx1、Fx2、Fx3、Fx4分别为左前轮、左后轮、右后轮、右前轮在地面坐标系中的纵向力；Fxc和Fyc分别为所述需要控制的车轮的附加侧向力和附加纵向力，li为力矩，当制动轮为前轮时，li＝lf，当制动轮为后轮时，li＝lr，lf为车辆质心到前轴的距离，lr为车辆质心到后轴的距离，ψ为偏航角，ψ″为偏航角加速度。
本发明还提供一种车辆舒适性和操稳性的控制系统，包括：信号获取单元、模式决策单元和控制单元，其中，
所述信号获取单元用于获取车辆当前的方向盘转角、垂向加速度、侧向加速度、侧倾角、俯仰角、横摆角和转向角；
模式决策单元用于根据所述方向盘转角和所述侧倾角确定车辆当前驾驶情况下需要进行舒适性控制或操稳性控制；
控制单元用于在所述模式决策单元确定车辆需要进行舒适性控制时，根据所述垂向加速度、侧倾角和俯仰角计算每一悬架为提高车辆舒适性所需的第一期望附加垂向力，并控制每一悬架输出对应的所述第一期望附加垂向力；，还用于当模式决策单元确定车辆需要进行操稳性控制时，还用于根据所述侧倾角和侧向加速度计算每一悬架为提高车辆操稳性所需的第二期望附加垂向力，控制每一悬架输出所述第二期望附加垂向力，以及根据横摆角和转向角确定需要制动的车轮以及所述车轮的附加制动力，并控制输出所述附加制动力。
本发明还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述方法的步骤。
本发明实施例的有益效果在于：通过车辆的方向盘转角和侧倾角确定车辆在当前驾驶情况下需要进行的控制模式，当需要进行舒适性控制时，计算每一悬架的第一期望控制力，并控制输出第一期望控制力，当需要进行操稳性控制时，计算每一悬架为抵消侧倾趋势所需的第二期望控制力，并控制输出第二期望控制器，同时确定需要控制的车轮，计算所述车轮的第三期望控制力，并输出第三期望控制力。本发明能够提高驾乘的舒适性和操稳性，提高燃油经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种车辆舒适性和操稳性控制方法的悬架控制系统的结构示意图。
图2是本发明实施例的一种车辆舒适性和操稳性控制方法的流程示意图。
图3是本发明实施例的一种车辆舒适性和操稳性控制方法更详细的流程示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
如图1所示，车辆的悬架系统包括分别设置在车辆前后轴两端的4个模式空气弹簧1，4组二位二通电磁阀2、高压储气罐3、空气压缩机、空气干燥器、电控单元3组成。空气压缩机作为储气罐气体压力来源，保持储气罐内气体压力处于相对稳定状态，将其安装在储气罐前端管路上。空气干燥器对空气压缩机充入储气罐的气体进行干燥，将其安装在储气罐和空气压缩器之间的管路上。高速开关电磁阀作为电控悬架气路开关，控制前轴和后轴空气弹簧的充放气过程。
以下参照图2-3进行说明，本发明实施例一提供一种车辆舒适性和操稳性控制的方法，该方法包括如下步骤：
S1、获取车辆当前的方向盘转角、垂向加速度、侧向加速度、侧倾角、俯仰角、横摆角速度和转向角。
S2、根据所述方向盘转角和所述侧倾角确定车辆当前驾驶情况下需要进行舒适性控制或操稳性控制。
当驾驶员驾驶车辆纵向前进时，由于路面激励的作用以及加速或减速制动信号会使得悬架系统在垂直面上产生振动。通过悬架与车身的连接，振动最终传至驾乘人员，导致驾乘舒适性的降低。当车辆处于转向状态时，由于侧向载荷转移以及车辆横摆运动，会使得驾驶员对车辆的操纵性受到影响。具体来说，当车辆左转时，横向载荷右移，右侧悬架垂向载荷增大，车身出现“右倾”现象；车辆右转时，横向载荷左移，导致左侧悬架垂向载荷增大，车身出现“左倾”现象。为了实现车辆动力学性能的提升，根据方向盘转角和侧倾角决策车辆舒适性控制模式和操稳性控制模式之间的切换。
具体地，设定方向盘转角的阈值区间和侧倾角的阈值区间，当车辆的当前方向盘转角处于方向盘转角的阈值区间范围内并且当前的侧倾角处于侧倾角的阈值区间范围内，则确定在车辆当前的驾驶情况下需要进行舒适性控制，当车辆的当前方向盘转角和侧倾角中的至少一个没有落入其对应的阈值区间时，则确定在车辆当前的驾驶情况下需要进行操稳性控制。其中，优选地，侧倾角的阈值区间为-3°～+3°，方向盘转角的阈值区间为-5°～+5°。
S3、当车辆需要进行舒适性控制时，根据所述垂向加速度、侧倾角和俯仰角计算每一悬架的第一期望附加垂向力，控制每一悬架输出对应的所述第一期望附加垂向力。
根据车辆力矩平衡可得：
Figure BDA0002070111020000081
hp·sinθ·mg+mz″+Ixθ″＝(Ffr1+Ffl1)lf-(Frr1+Frl1)lr
通过上式可得每一悬架的第一期望附加垂向力的表达式为：
Figure BDA0002070111020000082
Figure BDA0002070111020000083
Figure BDA0002070111020000084
Figure BDA0002070111020000085
其中，m为车体簧载质量，hs为车辆质心到俯仰轴的距离，hp为车辆质心到俯仰轴的距离，Ix为俯仰转动惯量，Iy为侧倾转动惯量，θ为车辆俯仰角，θ″为车辆俯仰角加速度，
Figure BDA0002070111020000086
为车辆侧倾角，
Figure BDA0002070111020000087
为车辆侧倾角加速度，y″为车辆侧向加速度，z″为车辆垂向加速度，d为车辆轮距，g为重力加速度，lf为车辆质心到前轴的距离，lr为车辆质心到后轴的距离，Ffl1为左前悬架的第一期望附加垂向力，Ffr1为右前悬架的第一期望附加垂向力，Frl1为左后悬架的第一期望附加垂向力，Frr1为右后悬架第一期望的附加垂向力。
对于每一悬架而言，根据气体压强P、第一期望附加垂向力F以及有效面积A之间的关系F＝P×A，可求得所述的空气压强，结合热力学第一定律和理想气体状态方程：气体质量ma×气体常数R×气体温度T＝气体压强P×气体体积V，可得空气弹簧所需的空气质量ma，计算空气质量与控制空气弹簧充放气的电磁阀的气体通量之间的比值，悬架系统的电控单元根据所述比值生成电磁阀输入信号PWM波的占空比值，电控单元产生所需的PWM波控制高速开断电磁阀组的开闭进而实现各个空气弹簧的充放气控制，达到悬架期望附加垂向力的跟随响应。
S4、当车辆需要进行操稳性控制时，根据所述侧倾角和侧向加速度计算每一悬架的第二期望附加垂向力，控制每一悬架输出所述第二期望附加垂向力，以及根据车辆的横摆角速度和车辆的当前转向角确定需要制动的车轮，计算所述车轮的附加制动力并控制输出所述附加制动力。
当车辆侧倾角为
Figure BDA0002070111020000091
时，由力矩平衡可得：
Figure BDA0002070111020000092
根据上式分别获得各悬架的第二期望附加垂向力的表达式为：
Figure BDA0002070111020000093
Figure BDA0002070111020000094
Figure BDA0002070111020000095
Figure BDA0002070111020000096
其中，m为车体簧载质量，hp为车辆质心到俯仰轴的距离，Iy为侧倾转动惯量，
Figure BDA0002070111020000097
为车辆侧倾角加速度，y″为车辆侧向加速度，hs为车辆质心与侧倾轴的距离，d为车辆轮距，g为重力加速度，lf为车辆质心到前轴的距离，lr为车辆质心到后轴的距离，Ffl2为左前悬架的第二期望附加垂向力，Ffr2为右前悬架的第二期望附加垂向力，Frl2为左后悬架的第二期望附加垂向力，Frr2为右后悬架第二期望的附加垂向力。
将车辆当前的侧倾加速度y″和侧倾角加速度
Figure BDA0002070111020000098
代入上式中计算获得各悬架的第二期望附加力，再由气体压强P、压力F以及有效面积A之间的关系：F＝P×A，可求得所需的空气压强P；结合热力学第一定律和理想气体状态方程：气体质量ma×气体常数R×气体温度T＝气体压强P×气体体积V，可得空气弹簧所需的空气质量。电控单元以所需的空气质量为控制目标，控制高速开关电磁阀的开闭，以实现期望空气质量的跟随响应。
通过魔术公式计算每一个车轮相对于车辆坐标系的纵向力和侧向力，再通过下式计算获得每一个车轮在大地坐标系下的纵向力和侧向力。
Figure BDA0002070111020000101
其中，Fxwi为第i个车轮在车辆坐标系的纵向力，Fywi为第i个车轮在车辆坐标系的侧向力，Fxi为第i个车轮在地面坐标系的纵向力，Fyi为第i个车轮在地面坐标系的侧向力，δi为第i个车轮的转向角，其中前轮的转向角为车辆转向角，后轮的转向角为0。
根据前轮转向角、横摆角速度差值确定需要控制的车轮，其中，横摆角速度差值通过车辆当前的横摆角速度减去车辆计算出的期望横摆角求差值获得。选择控制车轮具体参照下表：
前轮转向角 横摆角速度差值 转向特性 控制车轮
δ＞0 Δω＞0 过多转向 右前轮
δ＞0 Δω＜0 不足转向 左后轮
δ＜0 Δω＜0 过多转向 左前轮
δ＜0 Δω＞0 不足转向 右后轮
根据每一个车轮在地面坐标系的纵向力和侧向力以及偏航角获得的运动方程为：
Figure BDA0002070111020000102
其中，Iz为车辆偏航转动惯量，Fy1、Fy2、Fy3、Fy4分别为左前轮、左后轮、右后轮、右前轮在地面绝对坐标系中的侧向力，Fx1、Fx2、Fx3、Fx4分别为左前轮、左后轮、右后轮、右前轮在地面绝对坐标系中的纵向力；Fxc和Fyc分别为制动轮由于制动效果产生的纵向力和侧向力，当制动轮为前轮时，li＝lf，当制动轮为后轮时，li＝lr，其中，ψ″为偏航角加速度。
求解上述运动方程可以计算获得控制车轮所需的附加制动力Fxc和Fyc，并控制给所述车轮输出所述附加制动力。
本发明实施例的一种车辆舒适性和操稳定的控制方法，通过车辆的方向盘转角和侧倾角确定车辆在当前驾驶情况下需要进行的控制模式，当需要进行舒适性控制时，计算每一悬架的第一期望控制力，通过调节电控空气悬架系统电磁阀进行充放气实现垂向加速度的抑制同时实现对俯仰角、侧倾角的控制，当需要进行操稳性控制时，计算每一悬架为抵消侧倾趋势所需的第二期望控制力，同时确定需要控制的车轮，计算所述车轮的附加制动力，通过差动制动系统调节制动轮缸的压力以及电控空气悬架系统左右两侧悬架的垂向力实现车辆侧向稳定性的控制，降低横摆角速度和减小车辆侧倾角，提高操纵稳定性。本发明能够提高驾乘的舒适性和操稳性，提高燃油经济性。
基于本发明实施例一，本发明实施例二提供一种车辆舒适性和操稳性的控制系统，包括：信号获取单元、模式决策单元和控制单元，其中，
所述信号获取单元用于获取车辆当前的方向盘转角、垂向加速度、侧向加速度、侧倾角、俯仰角、横摆角速度和转向角；
模式决策单元用于根据所述方向盘转角和所述侧倾角确定车辆当前驾驶情况下需要进行舒适性控制或操稳性控制；
控制单元用于在所述模式决策单元确定车辆需要进行舒适性控制时，根据所述垂向加速度、侧倾角和俯仰角计算每一悬架为提高车辆舒适性所需的第一期望附加垂向力，并控制每一悬架输出对应的所述第一期望附加垂向力；，还用于当模式决策单元确定车辆需要进行操稳性控制时，还用于根据所述侧倾角和侧向加速度计算每一悬架为提高车辆操稳性所需的第二期望附加垂向力，控制每一悬架输出所述第二期望附加垂向力，以及根据横摆角速度和转向角确定需要制动的车轮，计算所述车轮的附加制动力，并控制输出所述附加制动力。
本发明还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述任一项所述方法的步骤。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种车辆舒适性和操稳性的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
获取车辆当前的方向盘转角、垂向加速度、侧向加速度、侧倾角、俯仰角、横摆角速度和转向角；
根据所述方向盘转角和所述侧倾角确定车辆当前驾驶情况下需要进行舒适性控制或操稳性控制；
当车辆需要进行舒适性控制时，根据所述垂向加速度、侧倾角和俯仰角计算每一悬架的第一期望附加垂向力，并控制每一悬架输出所述第一期望附加垂向力；
当车辆需要进行操稳性控制时，根据所述侧倾角和侧向加速度计算每一悬架的第二期望附加垂向力，控制每一悬架输出所述第二期望附加垂向力，以及根据横摆角速度和转向角确定需要制动的车轮，计算所述车轮的附加制动力并控制输出所述附加制动力；
所述控制每一悬架输出所述第一期望附加垂向力具体包括：
根据每一悬架的第一期望附加垂向力计算获得每一悬架所需的空气压强；
根据热力学第一定律和理想气体状态方程计算获得每一悬架所需的空气质量；
计算每一悬架所需的空气质量与控制悬架空气弹簧充放气的电磁阀的气体质量的比值；
通过所述比值计算所述电磁阀的输入信号的占空比；
判断所述第一期望附加垂向力是否大于零，若大于零，则根据所述占空比控制空气弹簧充气，若小于零，则根据所述占空比控制空气弹簧放气；
所述根据所述垂向加速度、侧倾角和俯仰角计算每一悬架的第一期望附加垂向力具体包括：根据车辆舒适性控制的力矩平衡方程确定每一悬架的第一期望附加垂向力的表达式；根据所述垂向加速度、侧倾角、俯仰角和第一期望附加垂向力的表达式计算获得每一悬架的第一期望附加垂向力；
其中，所述车辆舒适性控制的力矩平衡方程为：
Figure FDA0003507802590000011
hp·sinθ·mg+mz″+Ixθ″＝(Ffr1+Ffl1)lf-(Frr1+Frl1)lr
其中，每一悬架的第一期望附加垂向力的表达式为：
Figure FDA0003507802590000021
Figure FDA0003507802590000022
Figure FDA0003507802590000023
Figure FDA0003507802590000024
其中，m为车体簧载质量，hs为车辆质心到侧倾轴的距离，hp为车辆质心到俯仰轴的距离，Ix为俯仰转动惯量，Iy为侧倾转动惯量，θ为车辆俯仰角，θ″为车辆俯仰角加速度，
Figure FDA0003507802590000025
为车辆侧倾角，
Figure FDA0003507802590000026
为车辆侧倾角加速度，z″为车辆垂向加速度，d为车辆轮距，g为重力加速度，lf为车辆质心到前轴的距离，lr为车辆质心到后轴的距离，Ffl1为左前悬架的第一期望附加垂向力，Ffr1为右前悬架的第一期望附加垂向力，Frl1为左后悬架的第一期望附加垂向力，Frr1为右后悬架的第一期望附加垂向力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据方向盘转角和所述侧倾角确定车辆当前驾驶情况下需要进行舒适性控制或操稳性控制具体包括：
判断所述方向盘转角是否超过设定的方向盘转角区间以及判断所述侧倾角是否超过设定的侧倾角区间；
若所述方向盘转角和所述侧倾角均在对应的设定区间范围内，则确定车辆当前驾驶情况下需要进行舒适性控制；若所述方向盘转角或所述侧倾角中的至少一个超过对应的设定区间，则确定车辆当前驾驶情况下需要进行操稳性控制。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述侧倾角和侧向加速度计算每一悬架的第二期望附加垂向力具体包括：
根据车辆操稳性控制的力矩平衡方程确定第二期望附加垂向力的表达式；
根据所述侧向加速度、侧倾角和所述第二期望附加垂向力的表达式计算获得每一悬架的第二期望附加垂向力；
其中，车辆操稳性控制的力矩平衡方程为：
Figure FDA0003507802590000031
其中，第二期望附加垂向力的表达式为：
Figure FDA0003507802590000032
Figure FDA0003507802590000033
Figure FDA0003507802590000034
Figure FDA0003507802590000035
其中，y″为车辆侧向加速度，Ffl2为左前悬架的第二期望附加垂向力，Ffr2为右前悬架的第二期望附加垂向力，Frl2为左后悬架的第二期望附加垂向力，Frr2为右后悬架的第二期望附加垂向力。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据横摆角速度和转向角确定需要制动的车轮，计算所述车轮的附加制动力并控制输出所述附加制动力具体包括：
根据横摆角速度计算横摆角速度差值，并根据所述车辆的当前转向角和横摆角速度差值确定需要制动的车轮；
计算所述车辆的每一车轮在地面坐标系中的侧向力和纵向力，并根据依所述每一车轮在地面坐标系中的侧向力和纵向力建立的运动方程获得所述需要制动的车轮的附加侧向力和附加纵向力，并控制给所述需要制动的车轮施加所述附加侧向力和所述附加纵向力。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述车辆的当前转向角和横摆角速度差值确定需要制动的车轮具体为：
判断车辆的当前转向角是否大于零，若车辆的当前转向角大于零，则进一步判断所述横摆角速度差值是否大于零，若大于零，则确定需要制动的车轮为右前轮，若小于零，则需要制动的车轮为左后轮；若车辆的当前转向角小于零，则进一步判断所述横摆角速度差值是否大于零，若大于零，则需要制动的车轮为右后轮，若小于零，则需要制动的车轮为左前轮。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算每一车轮在地面坐标系中的侧向力和纵向力具体为：
Figure FDA0003507802590000041
其中，Fxwi为第i个轮胎在车辆坐标系下的纵向力，Fywi为第i个轮胎在车辆坐标系下的侧向力，δi为第i个车轮的转向角，Fxi为第i个车轮在地面坐标系下的纵向力，Fyi为第i个车轮在地面坐标系下的侧向力；
其中，所述依所述每一车轮在地面坐标系中的侧向力和纵向力建立的运动方程为：
Figure FDA0003507802590000042
其中，Iz为车辆偏航转动惯量，Fy1、Fy2、Fy3、Fy4分别为左前轮、左后轮、右后轮、右前轮在地面坐标系中的侧向力，Fx1、Fx2、Fx3、Fx4分别为左前轮、左后轮、右后轮、右前轮在地面坐标系中的纵向力；Fxc和Fyc分别为所述需要制动的车轮的纵向力和侧向力，li为力矩，当制动轮为前轮时，li＝lf，当制动轮为后轮时，li＝lr，ψ为偏航角，ψ″为偏航角加速度。
7.一种车辆舒适性和操稳性的控制系统，其特征在于，包括：信号获取单元、模式决策单元和控制单元，其中，
所述信号获取单元用于获取车辆当前的方向盘转角、垂向加速度、侧向加速度、侧倾角、俯仰角、横摆角速度和转向角；
模式决策单元用于根据所述方向盘转角和所述侧倾角确定车辆当前驾驶情况下需要进行舒适性控制或操稳性控制；
控制单元用于在所述模式决策单元确定车辆需要进行舒适性控制时，根据所述垂向加速度、侧倾角和俯仰角计算每一悬架的第一期望附加垂向力，并控制每一悬架输出对应的所述第一期望附加垂向力，还用于当模式决策单元确定车辆需要进行操稳性控制时，还用于根据所述侧倾角和侧向加速度计算每一悬架的第二期望附加垂向力，控制每一悬架输出所述第二期望附加垂向力，以及根据横摆角速度和转向角确定需要制动的车轮，计算并控制输出所述车轮的附加制动力；
所述控制每一悬架输出所述第一期望附加垂向力具体包括：根据每一悬架的第一期望附加垂向力计算获得每一悬架所需的空气压强；根据热力学第一定律和理想气体状态方程计算获得每一悬架所需的空气质量；计算每一悬架所需的空气质量与控制悬架空气弹簧充放气的电磁阀的气体质量的比值；通过所述比值计算所述电磁阀的输入信号的占空比；判断所述第一期望附加垂向力是否大于零，若大于零，则根据所述占空比控制空气弹簧充气，若小于零，则根据所述占空比控制空气弹簧放气；
所述控制单元根据所述垂向加速度、侧倾角和俯仰角计算每一悬架的第一期望附加垂向力具体是：根据车辆舒适性控制的力矩平衡方程确定每一悬架的第一期望附加垂向力的表达式；根据所述垂向加速度、侧倾角、俯仰角和第一期望附加垂向力的表达式计算获得每一悬架的第一期望附加垂向力；
其中，所述车辆舒适性控制的力矩平衡方程为：
Figure FDA0003507802590000051
hp·sinθ·mg+mz″+Ixθ″＝(Ffr1+Ffl1)lf-(Frr1+Frl1)lr
其中，每一悬架的第一期望附加垂向力的表达式为：
Figure FDA0003507802590000052
Figure FDA0003507802590000053
Figure FDA0003507802590000054
Figure FDA0003507802590000055
其中，m为车体簧载质量，hs为车辆质心到侧倾轴的距离，hp为车辆质心到俯仰轴的距离，Ix为俯仰转动惯量，Iy为侧倾转动惯量，θ为车辆俯仰角，θ″为车辆俯仰角加速度，
Figure FDA0003507802590000056
为车辆侧倾角，
Figure FDA0003507802590000057
为车辆侧倾角加速度，z″为车辆垂向加速度，d为车辆轮距，g为重力加速度，lf为车辆质心到前轴的距离，lr为车辆质心到后轴的距离，Ffl1为左前悬架的第一期望附加垂向力，Ffr1为右前悬架的第一期望附加垂向力，Frl1为左后悬架的第一期望附加垂向力，Frr1为右后悬架的第一期望附加垂向力。
8.一种计算机可读介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述方法的步骤。
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CN104773170B (zh) * 2015-04-28 2017-03-29 吉林大学 一种车辆稳定性集成控制方法
CN106915383B (zh) * 2017-03-23 2019-05-03 广州汽车集团股份有限公司 一种电动助力转向系统的控制方法及系统
CN108068570A (zh) * 2017-06-12 2018-05-25 江苏大学 一种电控空气悬架车高调节与整车姿态模糊滑模控制方法
CN109017830B (zh) * 2018-08-10 2019-11-22 唐智科技湖南发展有限公司 一种轨道车辆的监测方法、装置及设备
CN109552312A (zh) * 2018-11-14 2019-04-02 吉林大学 车辆稳定性模型预测控制方法

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