CN114030526A - 一种车辆主动转向控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆主动转向控制方法及系统，方法包括：将车辆当前状态信息代入二自由度车辆模型进行求解修正获得修正后的期望横摆角速度和修正后的质心侧偏角；将修正后的期望横摆角速度和修正后的期望质心侧偏角分别输入至横摆角速度自扰控制器和质心侧偏角自扰控制器后获得两个前轮转角控制量；将两个前轮转角控制量加权后获得最终的前轮转角控制量；基于最终的前轮转角控制量确定用于控制车辆运行的控制量。本发明公开的方案不依赖于对象精确数学模型，基于横摆角速度与质心侧偏角综合反馈的自抗扰主动转向控制下同时跟踪理想的转向特性，大大降低了车辆的横摆角速度与质心侧偏角的幅值，改善了车辆的稳定性和安全性。

Description

一种车辆主动转向控制方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，特别是涉及一种车辆主动转向控制方法及系统。

背景技术

主动转向控制是主动安全技术中比较重要的研究方向之一，能够在不影响车辆纵向运动状态的情况下，提高车辆的转向操纵性和稳定性，确保车辆的稳定运行。智能车辆转向控制系统可以根据车辆运行状态的反馈主动地对前轮转角进行控制，从而改变轮胎侧向力以产生补偿的横摆力矩，确保汽车的横摆稳定性。由于汽车行驶工况复杂，各参数之间相互耦合且具有很强的非线性特性，系统受外部扰动影响大，现有的依赖于控制对象精确数学模型的主动转向控制方法很难满足控制需求。

基于上述问题，如何不依赖于对象精确数学模型实现对主动转向控制成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆主动转向控制方法及系统，以改善车辆的横摆稳定性和安全性。

为实现上述目的，本发明提供了一种车辆主动转向控制方法，所述方法包括：

步骤S1：获取车辆当前状态信息；所述当前状态信息包括车辆质心处的横摆角速度，车辆质心处的侧偏角，车辆在质心处的纵向车速和前轮转角；

步骤S2：将所述当前状态信息代入二自由度车辆模型进行求解修正，获得修正后的期望横摆角速度和修正后的期望质心侧偏角；

步骤S3：将所述修正后的期望横摆角速度输入至横摆角速度自扰控制器后，获得前轮转角控制量u_wr；

步骤S4：将所述修正后的期望质心侧偏角输入至质心侧偏角自扰控制器后，获得前轮转角控制量u_β；

步骤S5：将所述前轮转角控制量u_wr和所述前轮转角控制量u_β进行加权，获得最终的前轮转角控制量u；

步骤S6：基于所述最终的前轮转角控制量u控制车辆运行，并返回“步骤S1”。

可选地，所述将所述当前状态信息代入二自由度车辆模型进行求解修正，获得修正后的期望横摆角速度和修正后的期望质心侧偏角，具体包括：

步骤S21：根据所述车辆质心处的横摆角速度构建车辆质心处侧向加速度；

步骤S22：将所述车辆质心处侧向加速度代入所述二自由度车辆模型进行变换，得到车辆稳态时的横摆角速度；

步骤S23：根据所述车辆稳态时的横摆角速度确定期望横摆角速度；

步骤S24：对所述稳态的横摆角速度进行修正，获得修正后的期望横摆角速度；

步骤S25：将所述车辆质心处的侧偏角代入二自由度车辆模型进行变换，得到车辆稳态时的质心侧偏角；

步骤S26：对所述车辆稳态时的质心侧偏角进行修正，获得修正后的期望质心侧偏角。

可选地，在步骤S1之前还包括：

建立二自由度车辆模型，具体公式为：

其中，m表示整车质量，a_y表示车辆质心处侧向加速度，v_x表示车辆在质心处的纵向车速，w_r表示车辆质心处的横摆角速度，C_f和C_r分别表示车辆前后轴的等效侧偏刚度，β表示车辆质心处的侧偏角，简称质心偏向角，L_f和L_r分别表示前轴和后轴到车辆质心处的距离，I_z表示车辆的横摆转动惯量，δ_f表示车辆的前轮转角。

可选地，所述将所述前轮转角控制量u_wr和所述前轮转角控制量u_β进行加权，获得最终的前轮转角控制量u，具体公式为：

u＝ku_wr+(1-k)u_β

其中，k表示权重系数。

可选地，所述对所述稳态的横摆角速度进行修正，获得修正后的期望横摆角速度，具体公式为：

其中，

表示修正后的期望横摆角速度，L表示前轴和后轴到车辆质心处的距离之和，μ表示路面的附着系数，g表示重力加速度。

可选地，所述对车辆稳态时的质心侧偏角进行修正，获得修正后的期望质心侧偏角，具体公式为：

其中，β^d表示修正后的期望质心侧偏角，L表示前轴和后轴到车辆质心处的距离之和，μ表示路面的附着系数，g表示重力加速度。

本发明还公开一种车辆主动转向控制系统，所述系统包括：

获取模块，用于获取车辆当前状态信息；所述当前状态信息包括车辆质心处的横摆角速度，车辆质心处的侧偏角，车辆在质心处的纵向车速和前轮转角；

求解修正模块，用于将所述当前状态信息代入二自由度车辆模型进行求解修正，获得修正后的期望横摆角速度和修正后的期望质心侧偏角；

第一前轮转角控制量确定模块，用于将所述修正后的期望横摆角速度输入至横摆角速度自扰控制器后，获得前轮转角控制量u_wr；

第二前轮转角控制量确定模块，用于将所述修正后的期望质心侧偏角输入至质心侧偏角自扰控制器后，获得前轮转角控制量u_β；

加权模块，用于将所述前轮转角控制量u_wr和所述前轮转角控制量u_β进行加权，获得最终的前轮转角控制量u；

控制模块，用于基于所述最终的前轮转角控制量u控制车辆运行，并返回“获取模块”。

可选地，所述求解修正模块，具体包括：

侧向加速度构建单元，用于根据所述车辆质心处的横摆角速度构建车辆质心处侧向加速度；

稳态时横摆角速度计算单元，用于将所述车辆质心处侧向加速度代入所述二自由度车辆模型进行变换，得到车辆稳态时的横摆角速度；

期望横摆角速度计算单元，用于根据所述车辆稳态时的横摆角速度确定期望横摆角速度；

第一修正单元，用于对所述稳态的横摆角速度进行修正，获得修正后的期望横摆角速度；

稳态时质心侧偏角计算单元，用于将所述车辆质心处的侧偏角代入二自由度车辆模型进行变换，得到车辆稳态时的质心侧偏角；

第二修正单元，用于对所述车辆稳态时的质心侧偏角进行修正，获得修正后的期望质心侧偏角。

可选地，所述系统还包括：

模型构建模块，用于建立二自由度车辆模型，具体公式为：

其中，m表示整车质量，a_y表示车辆质心处侧向加速度，v_x表示车辆在质心处的纵向车速，w_r表示车辆质心处的横摆角速度，C_f和C_r分别表示车辆前后轴的等效侧偏刚度，β表示车辆质心处的侧偏角，简称质心偏向角，L_f和L_r分别表示前轴和后轴到车辆质心处的距离，I_z表示车辆的横摆转动惯量，δ_f表示车辆的前轮转角。

可选地，所述对所述稳态的横摆角速度进行修正，获得修正后的期望横摆角速度，具体公式为：

其中，

表示修正后的期望横摆角速度，L表示前轴和后轴到车辆质心处的距离之和，μ表示路面的附着系数，g表示重力加速度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开的方案不依赖于对象精确数学模型，基于横摆角速度与质心侧偏角综合反馈的自抗扰主动转向控制下同时跟踪理想的转向特性，大大降低了车辆的横摆角速度与质心侧偏角的幅值，改善了车辆的稳定性和安全性。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明车辆主动转向控制方法流程图；

图2为本发明车辆主动转向控制框图；

图3为本发明自抗扰控制器的结构示意图；

图4为本发明车辆主动转向控制系统结构图；

图5为本发明低附着双移线工况两种控制策略对比示意图；

图6为本发明侧向风扰动工况仿真结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种车辆主动转向控制方法及系统，以改善车辆的横摆稳定性和安全性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

在基于主动转向的车辆横摆稳定性控制方面，国内外学者做了大量的研究。主要包括基于线性系统理论的主动转向控制和基于非线性系统理论的主动转向控制。其中，线性理论控制方法以其成熟的理论很早就用于主动转向控制的研究中。由于汽车行驶工况复杂，各参数之间相互耦合具有很强的非线性特性，受外部扰动以及系统不确定性影响大，因此基于精确数学模型的线性理论的控制方法只能在有限的线性区域内起到较好的控制效果。随着非线性系统控制理论的发展，为了更准确地描述驾驶过程中汽车的动力学，学者们开始将非线性控制理论应用于主动转向控制研究中。目前，常用的主动转向控制方法有：反馈线性化控制、自适应控制、滑模变结构控制、鲁棒控制和模糊控制。其中，反馈线性化是一种闭环系统，通过补偿非线性进行解耦和全局化，然后采用线性控制理论进行控制，以提高系统的性能。该方法容易因为对对象本身不全面的了解导致解耦不完全，补偿不彻底等问题。自适应控制系统需要对系统模型的内部参数进行实时的估计，估计的精度直接影响到控制效果，因此比较适合于慢时变系统，在车辆高速运动及参数变化频繁的情况下的控制效果有限。滑模变结构控制对外部干扰和参数摄动具有鲁棒性，它可以提高系统的稳定性，但由于滑模控制系统的切换动作所引起的控制不连续性容易引起控制器的高频颤振或者不稳定，甚至损坏执行器。鲁棒控制没有自学习的能力，需要对不确定因素有一定的先验知识以确定其上界，然而在实际控制中，很多不确定因素是难以预知的。由于基于模糊理论的规则的制定依赖于经验而没有定性的可供参考的规则，因此它在工程化方面存在一定的难度。

基于上述问题缺陷，如图1-图2所示，本发明公开一种车辆主动转向控制方法，所述方法包括：

步骤S1：获取车辆当前状态信息；所述当前状态信息包括：车辆质心处的横摆角速度w_r，车辆质心处的侧偏角β，车辆在质心处的纵向车速v_x和前轮转角δ_f。

步骤S2：将所述当前状态信息代入二自由度车辆模型进行求解修正，获得修正后的期望横摆角速度w_r ^d和修正后的期望质心侧偏角β^d。

步骤S3：将所述修正后的期望横摆角速度w_r ^d输入至横摆角速度自扰控制器后，获得前轮转角控制量u_wr。

步骤S4：将所述修正后的期望质心侧偏角β^d输入至质心侧偏角自扰控制器后，获得前轮转角控制量u_β。

步骤S5：将所述前轮转角控制量u_wr和所述前轮转角控制量u_β进行加权，获得最终的前轮转角控制量u。

步骤S6：基于所述最终的前轮转角控制量u控制车辆运行，并返回“步骤S1”。

下面对各个步骤进行详细论述：

在步骤S1之前还包括：建立二自由度车辆模型，具体公式为：

其中，m表示整车质量，a_y表示车辆质心处侧向加速度，v_x表示车辆在质心处的纵向车速，w_r表示车辆质心处的横摆角速度，C_f和C_r分别表示车辆前后轴的等效侧偏刚度，β表示车辆质心处的侧偏角，简称质心偏向角，L_f和L_r分别表示前轴和后轴到车辆质心处的距离，I_z表示车辆的横摆转动惯量，δ_f表示车辆的前轮转角。

步骤S2：将所述当前状态信息代入二自由度车辆模型进行求解修正，获得修正后的期望横摆角速度和修正后的期望质心侧偏角，具体包括：

步骤S21：根据所述车辆质心处的横摆角速度构建车辆质心处侧向加速度，具体公式为：

其中，v_y表示车辆在质心处的侧向车速，v_x表示车辆在质心处的纵向车速，w_r表示车辆质心处的横摆角速度，

为v_y的导数，

为车辆质心处的侧偏角β的导数。

线性二自由度车辆的转向特性常常被作为车辆的理想转向特性，因此车辆质心处侧向加速度如式(2)。

步骤S22：将所述车辆质心处侧向加速度和所述车辆质心处的横摆角速度代入所述二自由度车辆模型进行变换，得到车辆稳态时的横摆角速度；具体地，将式(2)带入到式(1)并进行适当的变换，可以得到二自由度车辆模型的状态方程如下：

其中，

L＝L_f+L_r，L表示前轴和后轴到车辆质心处的距离之和，

表示车辆质心处的横摆角速度w_r的导数。

所述二自由度车辆模型的状态方程(3)是基于小角度假设和线性轮胎模型确定的。

根据所述二自由度车辆模型的状态方程推导出车辆稳态时的横摆角速度；即车辆稳态时的横摆角速度具体公式为：

其中，

表示车辆稳态时的横摆角速度，L表示前轴和后轴到车辆质心处的距离之和，v_x表示车辆在质心处的纵向车速，w_r表示车辆质心处的横摆角速度，δ_f表示车辆的前轮转角。

步骤S23：根据所述车辆稳态时的横摆角速度确定期望横摆角速度，具体包括：

车辆在不同路面附着条件下行驶时车辆质心处侧向加速度必须满足轮胎最大附着力的限制，具体表示为：

|a_y|≤μ·g (5)；

其中，μ表示路面的附着系数，g表示重力加速度，a_y表示不同路面附着条件下车辆质心处侧向加速度。

稳态时车辆质心处侧向加速度可以近似表示为：

a_y≈w_r·v_x (6)；

结合公式(4)、(5)和(6)，确定期望横摆角速度，具体公式为：

其中，

表示期望横摆角速度。

当车辆质心处侧向加速度满足0.5μg<a_y<0.75μg时，轮胎的侧向力接近附着极限，车辆将有失稳的趋势；此时，通过主动转向控制可以保证汽车的稳定性；当车辆质心处侧向加速度a_y>0.75μg时，车辆进入失稳区域，容易发生侧滑而导致失稳，此时汽车很难再通过主动转向控制恢复到稳定状态，因此，需要对理想的横摆角进行如下修正。

步骤S24：对所述稳态的横摆角速度进行修正，获得修正后的期望横摆角速度，具体公式为：

其中，

表示修正后的期望横摆角速度。

同理，根据式(3)可以得到车辆稳态时的质心侧偏角。

步骤S25：将所述车辆质心处的侧偏角代入二自由度车辆模型进行变换，得到车辆稳态时的质心侧偏角，具体公式为：

其中，β⁰表示车辆稳态时的质心侧偏角。

步骤S26：对车辆稳态时的质心侧偏角进行修正，获得修正后的期望质心侧偏角。

式(9)中的车辆稳态时的质心侧偏角没有考虑到轮胎受到最大附着力的限制，这里选取经验值对车辆稳态时的质心侧偏角进行修正，具体公式为：

其中，β^d表示修正后的期望质心侧偏角。

本发明基于自抗扰控制器的结构构建横摆角速度反馈自抗扰控制器和质心偏向角反馈自抗扰控制器，首先先介绍一下自抗扰控制器的结构如图3所示，包括跟踪微分器、误差反馈控制律和扩张状态观测器；在这个控制器中设计中，v是系统的参考输入信号，v₁跟踪参考的输入信号v，v₂是输入信号v的微分信号；z₁、z₂、z₃是扩张状态观测器的输出，分别为系统状态变量及总扰动的估计值。

下面介绍基于自抗扰控制器的结构构建横摆角速度反馈自抗扰控制器：

对二自由度车辆模型的状态方程(式3)进行拉普拉斯变化，并消去质心侧偏角，得到横摆角速度与前轮转角之间的传递函数为：

其中，

对横摆角速度与前轮转角之间的传递函数进行拉普拉斯反变换后，可以得到：

对公式(12)进行整理，可以得到：

其中，

简写为f，f是有界时变函数代表着系统总扰动，w(t)为系统未建模动态和外部扰动，b＝b₁a₂₁-b₂a₁₁。

假设f可微，且

这里将f作为新的状态变量进行扩张，那么式(3)可扩张成如下控制系统：

其中，x₁＝w_r，

h未知但有界。为了对系统扰动f合理的估计，对(14)构建如下状态观测器：

其中，e₁为状态x₁的估计误差，z₁，z₂，z₃为状态x₁，x₂，x₃的估计值。适当选择参数β₀₁＝3w₀，β₀₂＝3w₀ ²，β₀₃＝w₀ ³，其中w₀为观测器带宽，系统就可以较准确地估计控制系统(14)的状态变量和扰动量f。设计系统的跟踪微分器，用于获取期望横摆角速度的微分信号：

其中，

v₁跟踪参考的输入信号v，v₂是输入信号v的微分信号，γ₀是速度因子参数，它反映了跟踪微分器的跟踪速度，γ₀越大，跟踪速度越快，其最大值可为4/T₀ ²，T₀为系统响应时间。

那么，线性误差反馈律(即前轮转角控制量u_wr)设计如下：

通过适当选择参数k_d＝2w_c，k_p＝w_c ²，其中w_c为控制器带宽，系统就可以很好地跟踪期望的横摆角速度。

下面介绍基于自抗扰控制器的结构构建质心偏向角反馈自抗扰控制器：

先对二自由度车辆模型的状态方程(即式(3))进行拉普拉斯变换并消去横摆角速度，可以得到质心侧偏角和前轮转角之间的传递函数如下式：

质心侧偏角和前轮转角之间的传递函数进行拉普拉斯反换后，可以得到式(19)：

对公式(19)进行整理，可以得到：

其中，

缩写为f，f是代表着系统总扰动的有界时变函数，w(t)是系统未建模动态和外部扰动，b₀＝-a₂₂b₁+a₂₁b₂。

假设f可微，且

这里将f作为新的状态变量进行扩张，那么式(19)可扩张成如下控制系统：

其中，x₁＝β，

h₁未知但有界。为了对系统扰动f合理的估计，这里对扩张系统(21)构建如下状态观测器：

其中，e₁为状态x₁的估计误差，z₁，z₂，z₃为状态x₁，x₂，x₃的估计值。适当选择参数β₁＝3w₁，β₂＝3w₁ ²，β₃＝w₁ ³，其中w₁为观测器的带宽。

设计系统的跟踪微分器，用于获取出期望质心侧偏角的微分信号：

其中，v为β^d，v₁跟踪参考的输入信号v，v₂是输入信号v的微分信号；z₁、z₂、z₃是扩张状态观测器的输出，分别为系统状态变量及总扰动的估计值。

系统线性误差反馈律(即前轮转角控制量u_β)可以表示如下：

适当选择参数k_1d＝2w_1c，k_1p＝w_1c ²，其中w_1c是控制器的带宽，系统就可以很好地跟踪期望的质心侧偏角。

步骤S5：将所述前轮转角控制量u_wr和所述前轮转角控制量u_β进行加权，获得最终的前轮转角控制量u，具体公式为：

u＝ku_wr+(1-k)u_β

或

其中，u表示最终的前轮转角控制量，u_wr表示前轮转角控制量，u_β表示前轮转角控制量，β表示车辆质心处的侧偏角，β_max和β_min分别表示质心侧偏角的最大值和最小值，k表示权重系数。

加权模块将线性自抗扰控制器输出的控制量u_wr与线性自抗扰控制器的输出的控制量u_β进行加权以获得最终的控制器输出u。其中，加权控制的原则是：当实际的质心侧偏角的绝对值较小时，以横摆角速度跟踪控制为主；当质心侧偏角的绝对值较大时，以抑制过大的质心侧偏角为主。式(25)中的β_min和β_max根据实现控制需求而定。

实施例2

如图4所示，本发明还公开一种车辆主动转向控制系统，所述系统包括：

获取模块401，用于获取车辆当前状态信息；所述当前状态信息包括车辆质心处的横摆角速度，车辆质心处的侧偏角，车辆在质心处的纵向车速和前轮转角。

求解修正模块402，用于将所述当前状态信息代入二自由度车辆模型进行求解修正，获得修正后的期望横摆角速度和修正后的期望质心侧偏角。

第一前轮转角控制量确定模块403，用于将所述修正后的期望横摆角速度输入至横摆角速度自扰控制器后，获得前轮转角控制量u_wr。

第二前轮转角控制量确定模块404，用于将所述修正后的期望质心侧偏角输入至质心侧偏角自扰控制器后，获得前轮转角控制量u_β。

加权模块405，用于将所述前轮转角控制量u_wr和所述前轮转角控制量u_β进行加权，获得最终的前轮转角控制量u。

控制模块406，用于基于所述最终的前轮转角控制量u控制车辆运行，并返回“获取模块401”。

作为一种可选的实施方式，本发明所述求解修正模块402，具体包括：

侧向加速度构建单元，用于根据所述车辆质心处的横摆角速度构建车辆质心处侧向加速度。

稳态时横摆角速度计算单元，用于将所述车辆质心处侧向加速度代入所述二自由度车辆模型进行变换，得到车辆稳态时的横摆角速度。

期望横摆角速度计算单元，用于根据所述车辆稳态时的横摆角速度确定期望横摆角速度。

第一修正单元，用于对所述稳态的横摆角速度进行修正，获得修正后的期望横摆角速度。

稳态时质心侧偏角计算单元，用于将所述车辆质心处的侧偏角代入二自由度车辆模型进行变换，得到车辆稳态时的质心侧偏角。

第二修正单元，用于对所述车辆稳态时的质心侧偏角进行修正，获得修正后的期望质心侧偏角。

作为一种可选的实施方式，本发明所述系统还包括：

模型构建模块，用于建立二自由度车辆模型，具体公式为：

其中，m表示整车质量，a_y表示车辆质心处侧向加速度，v_x表示车辆在质心处的纵向车速，w_r表示车辆质心处的横摆角速度，C_f和C_r分别表示车辆前后轴的等效侧偏刚度，β表示车辆质心处的侧偏角，简称质心偏向角，L_f和L_r分别表示前轴和后轴到车辆质心处的距离，I_z表示车辆的横摆转动惯量，δ_f表示车辆的前轮转角。

与实施例1相同的内容在此不再一一赘述。

实施例3

为了验证所设计的控制器的有效性，使用CarSim和Matlab/Simulink联合仿真环境来模拟和分析典型工况下控制器的控制性能。仿真中采用了CarSim自带的车辆模型(C-Class Hatchback)和驾驶员模型，仿真周期为0.001秒，仿真中所使用的车辆参数如表所示；为了与基于横摆角速度反馈的主动转向控制策略进行对比，这里将(25)中的k取0.5。

表1车辆参数

仿真工况1：低附着路面双移线工况

图5为低附着双移线工况两种控制策略对比示意图，(a)图为位移变化示意图，(b)图为横摆角速度变化示意图，(c)图为质心侧偏角变化示意图。如图5所示，与基于横摆角速度反馈的主动转向控制相比，基于横摆角速度与质心侧偏角综合反馈的自抗扰主动转向控制使得车辆的横摆角速度与质心侧偏角同时跟踪理想的转向特性，进一步地降低了车辆的横摆角速度与质心侧偏角的幅值，车辆的路径偏差更小，更接近于参考路径，同时，车辆行驶的更加平稳。

仿真工况2：侧向风扰动工况

图6为侧向风扰动工况仿真结果示意图，(a)图为位移变化示意图，(b)图为横摆角速度变化示意图，(c)图为质心侧偏角变化示意图。如图6所示，与基于横摆角速度反馈的主动转向控制相比，在侧向风的影响下，基于横摆角速度与质心侧偏角综合反馈的自抗扰主动转向控制下的车辆的横摆角速度与质心侧偏角同时跟踪理想的转向特性，大大降低了车辆的横摆角速度与质心侧偏角的幅值，改善了车辆的稳定性和安全性，同时，确保车辆能够快速地回到参考路径上。而基于横摆角速度反馈的主动转向控制，由于没有对质心侧偏角加以控制，车辆的路径不能够回到期望的路径上，仍然存在较大偏差。

通过典型工况下的仿真实验验证了所提出的相关控制方法的有效性，仿真结果表明与基于车辆横摆角速度反馈的主动转向控制策略相比，基于横摆角速度与质心侧偏角综合反馈的主动转向控制策略进一步地改善了车辆的横摆稳定性，车辆的路径跟踪性能也得到进一步的提升。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种车辆主动转向控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1：获取车辆当前状态信息；所述当前状态信息包括车辆质心处的横摆角速度，车辆质心处的侧偏角，车辆在质心处的纵向车速和前轮转角；

步骤S2：将所述当前状态信息代入二自由度车辆模型进行求解修正，获得修正后的期望横摆角速度和修正后的期望质心侧偏角；

步骤S3：将所述修正后的期望横摆角速度输入至横摆角速度自扰控制器后，获得前轮转角控制量u_wr；

步骤S4：将所述修正后的期望质心侧偏角输入至质心侧偏角自扰控制器后，获得前轮转角控制量u_β；

步骤S5：将所述前轮转角控制量u_wr和所述前轮转角控制量u_β进行加权，获得最终的前轮转角控制量u；

步骤S6：基于所述最终的前轮转角控制量u控制车辆运行，并返回“步骤S1”。

2.根据权利要求1所述的车辆主动转向控制方法，其特征在于，所述将所述当前状态信息代入二自由度车辆模型进行求解修正，获得修正后的期望横摆角速度和修正后的期望质心侧偏角，具体包括：

步骤S21：根据所述车辆质心处的横摆角速度构建车辆质心处侧向加速度；

步骤S22：将所述车辆质心处侧向加速度代入所述二自由度车辆模型进行变换，得到车辆稳态时的横摆角速度；

步骤S23：根据所述车辆稳态时的横摆角速度确定期望横摆角速度；

步骤S24：对所述稳态的横摆角速度进行修正，获得修正后的期望横摆角速度；

步骤S25：将所述车辆质心处的侧偏角代入二自由度车辆模型进行变换，得到车辆稳态时的质心侧偏角；

步骤S26：对所述车辆稳态时的质心侧偏角进行修正，获得修正后的期望质心侧偏角。

3.根据权利要求1所述的车辆主动转向控制方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括：

建立二自由度车辆模型，具体公式为：

其中，m表示整车质量，a_y表示车辆质心处侧向加速度，v_x表示车辆在质心处的纵向车速，w_r表示车辆质心处的横摆角速度，C_f和C_r分别表示车辆前后轴的等效侧偏刚度，β表示车辆质心处的侧偏角，简称质心偏向角，L_f和L_r分别表示前轴和后轴到车辆质心处的距离，I_z表示车辆的横摆转动惯量，δ_f表示车辆的前轮转角。

4.根据权利要求1所述的车辆主动转向控制方法，其特征在于，所述将所述前轮转角控制量u_wr和所述前轮转角控制量u_β进行加权，获得最终的前轮转角控制量u，具体公式为：

u＝ku_wr+(1-k)u_β

其中，k表示权重系数。

5.根据权利要求3所述的车辆主动转向控制方法，其特征在于，所述对所述稳态的横摆角速度进行修正，获得修正后的期望横摆角速度，具体公式为：

其中，

表示修正后的期望横摆角速度，L表示前轴和后轴到车辆质心处的距离之和，μ表示路面的附着系数，g表示重力加速度。

6.根据权利要求3所述的车辆主动转向控制方法，其特征在于，所述对车辆稳态时的质心侧偏角进行修正，获得修正后的期望质心侧偏角，具体公式为：

其中，β^d表示修正后的期望质心侧偏角，L表示前轴和后轴到车辆质心处的距离之和，μ表示路面的附着系数，g表示重力加速度。

7.一种车辆主动转向控制系统，其特征在于，所述系统包括：

获取模块，用于获取车辆当前状态信息；所述当前状态信息包括车辆质心处的横摆角速度，车辆质心处的侧偏角，车辆在质心处的纵向车速和前轮转角；

求解修正模块，用于将所述当前状态信息代入二自由度车辆模型进行求解修正，获得修正后的期望横摆角速度和修正后的期望质心侧偏角；

第一前轮转角控制量确定模块，用于将所述修正后的期望横摆角速度输入至横摆角速度自扰控制器后，获得前轮转角控制量u_wr；

第二前轮转角控制量确定模块，用于将所述修正后的期望质心侧偏角输入至质心侧偏角自扰控制器后，获得前轮转角控制量u_β；

加权模块，用于将所述前轮转角控制量u_wr和所述前轮转角控制量u_β进行加权，获得最终的前轮转角控制量u；

控制模块，用于基于所述最终的前轮转角控制量u控制车辆运行，并返回“获取模块”。

8.根据权利要求7所述的车辆主动转向控制系统，其特征在于，所述求解修正模块，具体包括：

侧向加速度构建单元，用于根据所述车辆质心处的横摆角速度构建车辆质心处侧向加速度；

稳态时横摆角速度计算单元，用于将所述车辆质心处侧向加速度代入所述二自由度车辆模型进行变换，得到车辆稳态时的横摆角速度；

期望横摆角速度计算单元，用于根据所述车辆稳态时的横摆角速度确定期望横摆角速度；

第一修正单元，用于对所述稳态的横摆角速度进行修正，获得修正后的期望横摆角速度；

稳态时质心侧偏角计算单元，用于将所述车辆质心处的侧偏角代入二自由度车辆模型进行变换，得到车辆稳态时的质心侧偏角；

第二修正单元，用于对所述车辆稳态时的质心侧偏角进行修正，获得修正后的期望质心侧偏角。

9.根据权利要求7所述的车辆主动转向控制系统，其特征在于，所述系统还包括：

模型构建模块，用于建立二自由度车辆模型，具体公式为：

其中，m表示整车质量，a_y表示车辆质心处侧向加速度，v_x表示车辆在质心处的纵向车速，w_r表示车辆质心处的横摆角速度，C_f和C_r分别表示车辆前后轴的等效侧偏刚度，β表示车辆质心处的侧偏角，简称质心偏向角，L_f和L_r分别表示前轴和后轴到车辆质心处的距离，I_z表示车辆的横摆转动惯量，δ_f表示车辆的前轮转角。

10.根据权利要求9所述的车辆主动转向控制系统，其特征在于，所述对所述稳态的横摆角速度进行修正，获得修正后的期望横摆角速度，具体公式为：

其中，

表示修正后的期望横摆角速度，L表示前轴和后轴到车辆质心处的距离之和，μ表示路面的附着系数，g表示重力加速度。

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