CN117416339B - 稳定控制方法、装置、车辆及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及车辆安全控制技术领域，特别涉及一种稳定控制方法、装置、车辆及存储介质，其中，方法包括：检测车辆的实际工况，并在为极限工况的情况下，计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力并判断是否小于最优车轮力；若所需车轮力小于最优车轮力，则控制车辆进入稳定行驶模式，生成车辆的最优滑移率，以基于最优滑移率控制对车辆的一个或多个车轮进行稳定控制，否则控制车辆进入失稳趋势模式，生成车辆的最优车轮转矩，以基于最优车轮转矩对车辆的一个或多个车轮进行稳定控制。由此，解决了相关技术中，在极限工况下，由于车辆的动力学响应与工况下的响应差异较大，车轮易进入非线性区域，容易造成车辆侧滑，影响车辆稳定性，安全性差等问题。
Description
技术领域
本申请涉及车辆安全控制技术领域，特别涉及一种稳定控制方法、装置、车辆及存储介质。
背景技术
随着中国汽车产业的持续快速发展，汽车保有量的增加，交通事故发生的几率也随之增加，尤其在极限工况下，车轮力更易达到饱和状态，导致车辆的制动性能、操控性能下降，给行车安全带来严重的威胁。相关技术中，主要通过分布式驱动以电能为动力源的电动汽车来简化燃油汽车的机械结构，使各个车轮均由电机独立驱动，从而能够更好的发挥车辆动力学的控制潜力，提升车辆在极限工况下行驶的安全性。
然而，相关技术中，由于分布式驱动电动汽车，当车辆在极限工况下行驶时，容易错过最佳调节时机，难以实现车轮力的快速精准预测，且车辆的驱动能力有限，稳定性控制能力有限，容易出现车辆侧滑等事故，无法保障车辆的行驶安全性，亟待解决。
发明内容
本申请提供一种稳定控制方法、装置、车辆及存储介质，以解决相关技术中，在极限工况下，由于车辆的动力学响应与工况下的响应差异较大，车轮易进入非线性区域，容易造成车辆侧滑，影响车辆稳定性等问题。
本申请第一方面实施例提供一种车辆的稳定控制方法，包括以下步骤：检测车辆的实际工况；在检测到所述实际工况为极限工况的情况下，计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，并判断所述所需车轮力是否小于最优车轮力；以及如果所述所需车轮力小于所述最优车轮力，则控制所述车辆进入稳定行驶模式，生成所述车辆的最优滑移率，以基于所述最优滑移率控制对所述车辆的一个或多个车轮进行稳定控制，否则控制所述车辆进入失稳趋势模式，生成所述车辆的最优车轮转矩，以基于所述最优车轮转矩对所述车辆的一个或多个车轮进行稳定控制。
通过上述技术方案，在车辆处于极限工况时，一旦所需车轮力小于最优车轮力，那么基于最优滑移率进行稳定行驶模式下的稳定控制，否则基于最优车轮转矩对车辆的一个或多个车轮进行失稳趋势模式下的稳定控制，从而能够准确地对车辆的一个或多个车轮进行稳定控制，提高车辆的操控性和行驶稳定性，有效保证车辆的安全性，保证用户的使用需求。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，包括：基于预设车辆动力学和受力平衡关系计算所述车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力。
通过上述技术方案，能够基于预设车辆动力学和受力平衡关系计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，从而能够判断车辆是否具备足够的动力来应对当前道路状况和驾驶需求，为后续的设计提供依据，提高车辆稳定控制的精确性和可靠性。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述控制所述车辆进入稳定行驶模式，生成所述车辆的最优滑移率，包括：根据所述前方路面的路面信息计算每个车轮的滑移率；根据所述每个车轮的滑移率、目标需求、至少一个第一系统约束得到所述每个车轮的最优滑移率。
通过上述技术方案，能够根据每个车轮的滑移率、目标需求、至少一个第一系统约束得到每个车轮的最优滑移率，从而能够使车辆的各个车轮在最佳的范围内工作，并最大限度地发挥车辆的行驶性能，提高车辆的稳定性。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述控制所述车辆进入失稳趋势模式，生成所述车辆的最优车轮转矩，包括：根据车辆的总驱动力矩计算每个车轮的参考四轮力矩分配值；根据所述每个车轮的参考四轮力矩分配值和至少二个第一系统约束得到所述每个车轮的最优车轮力矩。
通过上述技术方案，能够根据每个车轮的参考四轮力矩分配值和至少二个第一系统约束得到每个车轮的最优车轮力矩，从而能够合理分配车轮的力矩，达到车辆的稳定控制的目的，确保行车安全并提高驾驶体验。
本申请第二方面实施例提供一种车辆的稳定控制装置，包括：检测模块，用于检测车辆的实际工况；计算模块，用于在检测到所述实际工况为极限工况的情况下，计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，并判断所述所需车轮力是否小于最优车轮力；控制模块，用于如果所述所需车轮力小于所述最优车轮力，则控制所述车辆进入稳定行驶模式，生成所述车辆的最优滑移率，以基于所述最优滑移率控制对所述车辆的一个或多个车轮进行稳定控制，否则控制所述车辆进入失稳趋势模式，生成所述车辆的最优车轮转矩，以基于所述最优车轮转矩对所述车辆的一个或多个车轮进行稳定控制。
通过上述技术方案，车辆的稳定控制装置能够通过上述技术方案，在车辆处于极限工况时，一旦所需车轮力小于最优车轮力，那么基于最优滑移率进行稳定行驶模式下的稳定控制，否则基于最优车轮转矩对车辆的一个或多个车轮进行失稳趋势模式下的稳定控制，从而能够准确地对车辆的一个或多个车轮进行稳定控制，提高车辆的操控性和行驶稳定性，有效保证车辆的安全性，保证用户的使用需求。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述计算模块包括：第一计算单元，用于基于预设车辆动力学和受力平衡关系计算所述车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力。
通过上述技术方案，计算模块能够基于预设车辆动力学和受力平衡关系计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，从而能够判断车辆是否具备足够的动力来应对当前道路状况和驾驶需求，为后续的设计提供依据，提高车辆稳定控制的精确性和可靠性。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述控制模块包括：第二计算单元，用于根据所述前方路面的路面信息计算每个车轮的滑移率；第一确定单元，用于根据所述每个车轮的滑移率、目标需求、至少一个第一系统约束得到所述每个车轮的最优滑移率。
通过上述技术方案，控制模块能够根据每个车轮的滑移率、目标需求、至少一个第一系统约束得到每个车轮的最优滑移率，从而能够使车辆的各个车轮在最佳的范围内工作，并最大限度地发挥车辆的行驶性能，提高车辆的稳定性。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述控制模块包括：第三计算单元，用于根据车辆的总驱动力矩计算每个车轮的参考四轮力矩分配值；第二确定单元，用于根据所述每个车轮的参考四轮力矩分配值和至少二个第一系统约束得到所述每个车轮的最优车轮力矩。
通过上述技术方案，控制模块能够根据每个车轮的参考四轮力矩分配值和至少二个第一系统约束得到每个车轮的最优车轮力矩，从而能够合理分配车轮的力矩，达到车辆的稳定控制的目的，确保行车安全并提高驾驶体验。
本申请第三方面实施例提供一种车辆，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的车辆的稳定控制方法。
本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的车辆的稳定控制方法。
本申请实施例可以在检测到车辆的实际工况为极限工况的情况下，通过确定车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，判断车辆是否存在失稳的趋势，从而对不同情况下的滑移率和车轮转矩进行优化控制，提高响应的精确度和稳定性，改善车辆的操控性能，达到车辆的稳定控制的目的，从而更好的保证驾驶安全。由此，解决了相关技术中，在极限工况下，由于车辆的动力学响应与工况下的响应差异较大，车轮易进入非线性区域，容易造成车辆侧滑，影响车辆稳定性和安全性等问题。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请实施例提供的一种车辆的稳定控制方法的流程图；
图2为根据本申请一个实施例的车辆的稳定控制方法的原理示意图；
图3为根据本申请一个实施例的覆雪路面下路面附着系数与滑移率/>的关系曲线示意图；
图4为根据本申请一个实施例的覆雪路面下纵向车轮力与滑移率/>的关系曲线示意图；
图5为根据本申请一个实施例的车辆在对开路面行驶的示意图；
图6为根据本申请一个实施例的最优滑移率控制框架的示意图；
图7为根据本申请一个实施例的横摆稳定性控制框架的示意图；
图8为根据本申请实施例提供的一种车辆的稳定控制装置的结构示意图；
图9为根据本申请实施例提供的车辆的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的车辆的稳定控制方法、装置、车辆及存储介质。针对上述背景技术中心提到的相关技术中，在极限工况下，由于车辆的动力学响应与工况下的响应差异较大，车轮易进入非线性区域，容易造成车辆侧滑，影响车辆稳定性的问题，本申请提供了一种车辆的稳定控制方法，在该方法中，可以在检测到车辆的实际工况为极限工况的情况下，通过确定车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，判断车辆是否存在失稳的趋势，从而对不同情况下的滑移率和车轮转矩进行优化控制，提高响应的精确度和稳定性，改善车辆的操控性能，达到车辆的稳定控制的目的，从而更好的保证了驾驶安全。由此，解决了相关技术中，在极限工况下，由于车辆的动力学响应与工况下的响应差异较大，车轮易进入非线性区域，容易造成车辆侧滑，影响车辆稳定性和安全性等问题。
具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种车辆的稳定控制方法的流程示意图。
如图1所示，该车辆的稳定控制方法包括以下步骤：
在步骤S101中，检测车辆的实际工况。
可以理解的是，车辆的实际工况指的是车辆在行驶中所处的具体环境和状态，可以分为正常工况，如平坦的道路，正常加减速等，和极限工况，如急转弯、不良路况等，在此不作具体限制。
具体地，本申请实施例可以通过传感器等设备来检测车辆的实际工况，例如，利用温度传感器检测所处环境温度处于20℃左右时，通过摄像头检测到路面只有少数车辆，且道路平坦，同时轮速传感器检测车轮的转速正常，从而结合多因素可以综合判断车辆在平坦的道路上在正常行驶，可以判定车辆的实际工况为正常工况。
在本申请的实施例中，实际工况的检测方式可以有很多种，在此不作具体限制，提高了实际工况的检测精确度和及时性，为后续分析判断提供信息基础。
在步骤S102中，在检测到实际工况为极限工况的情况下，计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，并判断所需车轮力是否小于最优车轮力。
可以理解的是，极限工况指的是车辆在特殊或极端情况下所承受的极限运行条件，可以为紧急制动、不良路况等工况，所需车轮力指的是为实现特定操作所需要的力的大小。
在实际执行过程中，结合图2所示，本申请实施例可以在检测到实际工况为冰雪环境的情况下，可以依据车辆动力学及受力平衡关系确定车辆稳定行驶时所需车轮力，从而分析判断所需车轮力是否小于最优车轮力。
本申请实施例可以在检测到实际工况为极限工况的情况下，计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，并判断所需车轮力是否小于最优车轮力，从而能够根据不同的行驶需求，灵活采取相应的控制策略，有利于提高车辆行驶的稳定性与高效性。
可选地，在本申请的一个实施例中，计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，包括：基于预设车辆动力学和受力平衡关系计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力。
需要说明的是，预设车辆动力学和受力平衡关系可由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。
作为一种可能实现的方式，本申请实施例可以采用Burckhardt车轮模型描述滑移率和路面类型之间的关系：
（1），
其中，为车轮的滑移率，μ为车轮的纵向摩擦系数，/> ，/> ，/>为经过实车测量实验得到的可变参数，随着路面类型的变化取值也不同。如表1所示，表1为不同路面条件下车轮模型参数值表。
在最优滑移率处车辆与路面之间的摩擦力达到峰值，并且最大值唯一时，可以利用求极值的方法获得不同路面条件下最优滑移率的大小，公式可以如下：
（2），
其中，为不同路面条件下最优滑移率。
可以得到不同路面类型下对应的最优滑移率。如表2所示，表2为不同路面类型下的最优滑移率对应表。
以覆雪路面为例，结合图3和图4所示，根据覆雪路面下附着系数和滑移率/>的关系曲线，可以得到覆雪路面下最大附着系数/>对应的最优滑移率/>，此时可以提供最大车轮力/>。
进一步地，结合图5所示，冰雪环境下车辆行驶的路面形态复杂多变，车辆先在干燥的沥青路面上匀速行驶一段时间后，右侧驶入雪面，针对车辆在对开路面行驶的路况分析计算车辆稳定行驶所需的车轮力大小，为了减少计算量，提高效率，可以假设车辆只有一侧的路面类型发生了改变，并且前后轮大小一致同时变化，通过车辆纵向运动分析，公式可以如下：
（3），
其中，为车辆的纵向速度，M为车辆的整车质量，/>、/>分别为车辆左侧、车辆右侧的车轮纵向力，/>为车辆行驶时受到的空气阻力，/>为车辆行驶时受到的滚动阻力。
通过受力平衡分析，公式可以如下：
，
其中，分别表示车辆左侧、车辆右侧行驶时受到的滚动阻力。
由式（3）和式（4）可知，由于车辆只有一侧的路面类型发生变化，可以得到车辆从雪面上稳定行驶所需的车轮力大小。
从而，当时，说明前方路面可以提供车辆稳定行驶所需车轮力大小，此时车辆具有向前稳定行驶的能力，需要设计控制器保障车轮在低附着系数路面上行驶时不会发生过多滑转或者抱死的情况，影响车轮的驱/制动性能；当/>时，说明此时车辆有失稳的趋势，需要设计控制器保证车辆稳定行驶。
本申请实施例可以基于预设车辆动力学和受力平衡关系计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，从而能够判断车辆是否具备足够的动力来应对当前道路状况和驾驶需求，为后续的设计提供依据，提高车辆稳定控制的精确性和可靠性。
在步骤S103中，如果所需车轮力小于最优车轮力，则控制车辆进入稳定行驶模式，生成车辆的最优滑移率，以基于最优滑移率控制对车辆的一个或多个车轮进行稳定控制，否则控制车辆进入失稳趋势模式，生成车辆的最优车轮转矩，以基于最优车轮转矩对车辆的一个或多个车轮进行稳定控制。
可以理解的是，滑移率指的是车轮与路面之间的相对滑移程度，最优滑移率指的是在指定条件下，车辆性能达到最佳水平时的滑移率。
本申请实施例可以在车辆处于极限工况时，一旦所需车轮力小于最优车轮力，那么基于最优滑移率进行稳定行驶模式下的稳定控制，否则基于最优车轮转矩对车辆的一个或多个车轮进行失稳趋势模式下的稳定控制，从而能够准确地对车辆的一个或多个车轮进行稳定控制，提高车辆的操控性和行驶稳定性，有效保证车辆的安全性，保证用户的使用需求。
可选地，在本申请的一个实施例中，控制车辆进入稳定行驶模式，生成车辆的最优滑移率，包括：根据前方路面的路面信息计算每个车轮的滑移率；根据每个车轮的滑移率、目标需求、至少一个第一系统约束得到每个车轮的最优滑移率。
可以理解的是，路面信息可以为路面摩擦系数、路面几何形状等，目标需求可以为加速、转弯、减少制动距离等，至少一个第一系统约束指的是系统中设定的限制条件，如最大输出力矩、最大制动力等限制。
具体地，结合图6和图7所示，以一个实施例对本申请实施例的车辆的稳定控制方法进行详细阐述。
本申请实施例可以根据预测的车辆状态，确定稳定性控制方案，当车辆具有稳定行驶能力时，可以生成车辆的最优滑移率，以保障车辆具有良好的驱/制动性能。
在设计滑移率控制器之前，需要对系统动态进行分析并建模，其中，车辆动力学模型可以如下：
（5）
其中，，/>，/>，/>分别为四个车轮的车轮纵向力，/>为车辆行驶时受到的空气阻力，/>为车辆行驶时受到的滚动阻力，其中，空气阻力和滚动阻力的计算公式可以如下：
（6），
其中，为空气阻力系数，A为迎风面积，/>为车辆的纵向速度，f为滚阻系数，M为车辆的整车质量，g是重力加速度。
进一步地，为避免车轮出现过度滑移或者制动时抱死的情况，需要考虑车轮的动力学模型，其中，方程可以如下：
（7）
其中，为车轮的转动惯量，/>为车轮角速度，/>为电机输出力矩，/>为机械制动力矩，不考虑机械制动，所以设定/>，/>为车轮滚动半径，/>分别为车辆的前左轮、前右轮、后左轮、后右轮。
通过构建车轮模型，用模型公式描述车轮纵向力与滑移率之间的关系，其中，关系式可以如下：
（8），
其中，B为刚度因子，C为形状因子，D为峰值因子，E为曲率因子。
通过构建轮毂电机模型，利用延迟环节模拟每个电机的特性，公式可以如下：
（9），
其中，τ为电机特性的闭环响应时间，为电机的力矩需求命令，s是Laplace变量，用于表示频率响应。
通过构建滑移率计算模型，其中，纵向滑移率计算公式可以写为车轮滑移速度与车辆纵向速度的比值，公式可以如下：
（10）
为了保持车轮稳定，纵向滑移率要较小，对每个车轮的纵向滑移率进行近似线性化处理，其中，处理后的线性方程可以如下：
（11）
其中，为纵向滑移率刚度。
假设 ，/>对公式（10）两边同时取微分，并且将公式（5）、（7）和（11）代入计算，可以得到车轮的纵向滑移率动态方程：
（12）
根据上式可以得到基于非线性模型预测控制的车辆滑移率控制系统状态空间方程：
（13）
为了保证车辆具有良好的驱/制动性能，增强车辆行驶过程中的安全性，设计控制器时还需要考虑以下控制需求：
1、车辆安全行驶是前提条件，在不同的行驶条件下，控制器需要迅速且精准的跟踪上最优滑移率值，防止由于附着系数的降低导致车轮过度滑转或者抱死的情况发生；
2、车辆在驱动和制动过程中控制量要平稳变化，避免控制动作变化太大；
3、控制四个车轮的滑移率在稳定区间内；
4、考虑到驱动饱和，车辆的电机转矩应该在一定范围内，不能超过电机的最大输出力矩值；
5、还需要考虑过多的状态约束会导致控制问题在规定的时间内无法获得最优解的情况，要避免发生此类问题。
进而，结合图6所示，定义控制量u为四个车轮的控制力矩命令，系统状态x为四个车轮的纵向滑移率，系统输出y也是四个车轮的纵向滑移率，可以如下所示：
（14）
采用欧拉方法对系统状态空间方程离散化，表示采样步长，在采样时刻k，公式可以为：
（15）
离散后的系统状态空间方程可以为：
（16）
其中，为系统状态变量在k时刻的变化梯度，/>为输出矩阵。
定义预测时域为，控制时域为/>，同时满足/>。以时间k为起点，则预测输出表达式可以为：
（17）
定义预测时域为，通过差分方程计算得到，同时定义k的最优控制输入序列可以如下：
（18）
设定各个车轮的最优滑移率为控制器设计中的参考输入，可以记为。其中，是输出序列中的一个包含多个值的元素，/> 的定义式可以如下：
（19）
定义控制输入的变化量序列为，/>是序列中的一个元素，且定义，表达式可以如下：
（20）
根据控制需求，k时刻基于非线性模型预测控制的代价函数可以为：
（21）
其中，表示四个车轮最优纵向滑移率，/>为松弛变量，并且/>，/>和/>为权重矩阵，ρ为权重系数。
作为系统的时变硬约束，四个电机的力矩命令必须限制在最大输出力矩内：
（22）
其中，j=0,1,... 。
一部分约束来自车轮纵向滑移率，为保障车辆的加速和制动性能，四个车轮的纵向滑移率均在稳定区间内：
（23）
其中，m=0,1,... 。
综上所述，基于模型预测控制算法的滑移率控制可以描述为以下优化问题：
（24）
其中，加权矩阵可以定义为：
（25）
（26）
本申请实施例可以根据每个车轮的滑移率、目标需求、至少一个第一系统约束得到每个车轮的最优滑移率，从而能够使车辆的各个车轮在最佳的范围内工作，并最大限度地发挥车辆的行驶性能，提高车辆的稳定性。
可选地，在本申请的一个实施例中，控制车辆进入失稳趋势模式，生成车辆的最优车轮转矩，包括：根据车辆的总驱动力矩计算每个车轮的参考四轮力矩分配值；根据每个车轮的参考四轮力矩分配值和至少二个第一系统约束得到每个车轮的最优车轮力矩。
在实际执行过程中，本申请实施例可以根据预测的车辆状态，确定稳定性控制方案，当车辆存在失稳趋势时，需设计横摆稳定控制器保障车辆的安全行驶，在设计控制器之前需要对系统动态进行分析并建模。
具体的，本申请实施例通过构建车辆模型，可以只考虑与车辆稳定性相关的侧向运动和横摆运动，将车身同一侧的前后车轮集成为单轮形态，且前后轮的转向角一致，得到二自由度车辆模型，其中，运动方程可以如下：
（27）
其中，为前轮转角，β为车辆的质心侧偏角，γ为车辆的横摆角速度，m为车身总质量，车辆的质心到前后轴的距离分别为/>和/>，/>和/>分别为前后车轮的侧向车轮力，/>为横摆力矩，/>为汽车绕z轴的转动惯性。
由于前轮转角的数值很小，也可以理解为/>，/>，那么车轮纵向力产生的横摆力矩/>可以为：
（28）
其中，d为前后轴左右两侧车轮的距离，，/>，/>，/>分别为四个车轮的车轮纵向力。
考虑车轮的动力学模型，方程可以如下：
（29）
采用模型公式对车轮的纵向力与侧向力进行模型的建立，其中，公式可以如下：
（30）
但是，对于控制器的设计来说，模型公式过于复杂，但还是要保留车轮力的非线性特性，所以进行泰勒展开，得到的三次多项式可以如下：
（31）
其中，和/>分别为车辆前后轮的车轮侧偏角，/>和/>为拟合参数，/>和/>分别为前后轮的侧偏刚度。
以分布式驱动电动汽车为研究平台，其动力来源不再是传统的动力传动系统，而是由电机独立驱动车轮，因此CarSim自带的驾驶员速度控制模型需要进行改进，为了更加复合被控对象的动力学特性，将驾驶员速度控制模型建立在Simulink中，利用PID控制器进行驾驶员速度控制，目标车速与实际车速的差值作为输入，输出为车轮的总驱动力矩，计算公式可以如下：
（32）
其中，为期望车速，/> ，/> ，/>分别为PID控制器的比例系数、积分系数和微分系数。进而，利用延迟环节模拟每个电机的特性：
（33）
其中，表示电机特性的闭环响应时间，/>表示电机的力矩需求命令。
结合式(27)、式(28)和式(29)，可以得到面向车辆稳定性控制的一体式系统方程：
（34）
其中，J为车轮的转动惯量，和/>分别为车辆的质心到前后轴的距离，也可以表示为/>和/>。
此外，设计控制器时需要考虑以下控制需求：
1、当车辆行驶在极限工况下时，保证车辆依然具有良好的操纵性与稳定性，控制车辆安全稳定行驶；
2、当车辆在低附着工况下行驶时，要防止车轮与地面间出现打滑现象，保障滑移率在稳定区间内；
3、车辆在驱动和制动过程中控制动作要平顺且波动较小，避免控制器的频繁介入；
4、电机转矩不能超过最大输出力矩。
结合图7所示，一种基于非线性模型预测控制的车辆横摆稳定性控制器，其中，定义系统状态变量x为：
（35）
控制量u为：
（36）
系统输出y为：
(37)
采用欧拉方法对系统状态空间方程式（34）离散化，表示采样步长，在采样时刻k，离散后的系统状态空间方程可以为：
（38）/>
以二自由度车辆模型得到的状态响应作为期望值用于控制器设计。
线性化以后的侧向车轮力的表达式可以为：
（39）
其中，，/>分别为前后轮的侧偏刚度。
由于前轮转角数值很小，假设/>，/>，前后轮的侧偏角可以如下：
（40）
车辆的质心侧偏角要保持在很小的范围内：
（41）
其中，当车辆稳定行驶时，，/>结合式（39）、（40）带入式（27），摆角速度的稳态值可以为：
（42）
其中，l为车辆前后轴的距离，K为稳定系数，且。
另外，考虑路面附着系数的影响，避免车轮进入饱和区域，车辆的横摆角速度必须控制在合理的边界限制大小之内：
（43）
为了将车轮的滑移率控制在一定范围内，选择与其相关的车轮角速度进行控制，选取车轮自由滚动时的角速度为期望值，表达式可以为：
（44）
其中，为在第k时刻驾驶员总驱动力矩计算所得的参考四轮力矩分配值，此过程考虑了车辆前后垂直载荷的影响，并且/>在控制时域/>内保持不变：
（45）
其中，，/>。
最优滑移率控制器的优化目标可以为：
（46）
其中，、/>和/>为权重矩阵。
控制器优化得到的控制量不应超过电机的最大输出力矩值，作为系统的时变硬约束四个电机的力矩命令必须限制在最大输出力矩内：
（47）
车辆四个车轮的滑移率需要控制在较小的范围内变动：
（48）
综上所述，考虑转矩优化分配的分布式电动汽车集中式横摆稳定控制可以描述为以下约束优化问题：
（49）
其中，权重矩阵、/>和/>的可以定义为：
（50）
（51）
（52）
本申请实施例可以通过控制车辆进入失稳趋势模式，能够合理分配车轮的力矩，进而有效控制车辆的姿态，防止侧翻或滑出控制范围，从而提高车辆的可操控性，达到车辆的稳定控制的目的，确保行车安全并提高驾驶体验。
根据本申请实施例提出的车辆的稳定控制方法，可以在检测到车辆的实际工况为极限工况的情况下，通过确定车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，判断车辆是否存在失稳的趋势，从而对不同情况下的滑移率和车轮转矩进行优化控制，提高响应的精确度和稳定性，改善车辆的操控性能，达到车辆的稳定控制的目的，从而更好的保证了驾驶安全。由此，解决了相关技术中，在极限工况下，由于车辆的动力学响应与工况下的响应差异较大，车轮易进入非线性区域，容易造成车辆侧滑，影响车辆稳定性和安全性等问题。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的车辆的稳定控制装置。
图8是本申请实施例的车辆的稳定控制装置的方框示意图。
如图8所示，该车辆的稳定控制装置10包括：检测模块100、计算模块200和控制模块300。
具体地，检测模块100，用于检测车辆的实际工况；
计算模块200，用于在检测到实际工况为极限工况的情况下，计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，并判断所需车轮力是否小于最优车轮力；
控制模块300，用于如果所需车轮力小于最优车轮力，则控制车辆进入稳定行驶模式，生成车辆的最优滑移率，以基于最优滑移率控制对车辆的一个或多个车轮进行稳定控制，否则控制车辆进入失稳趋势模式，生成车辆的最优车轮转矩，以基于最优车轮转矩对车辆的一个或多个车轮进行稳定控制。
可选地，在本申请的一个实施例中，计算模块200包括：第一计算单元。
其中，第一计算单元，用于基于预设车辆动力学和受力平衡关系计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力。
可选地，在本申请的一个实施例中，控制模块300包括：第二计算单元和第一确定单元。
其中，第二计算单元，用于根据前方路面的路面信息计算每个车轮的滑移率；
第一确定单元，用于根据每个车轮的滑移率、目标需求、至少一个第一系统约束得到每个车轮的最优滑移率。
可选地，在本申请的一个实施例中，控制模块300包括：第三计算单元和第二确定单元。
其中，第三计算单元，用于根据车辆的总驱动力矩计算每个车轮的参考四轮力矩分配值；
第二确定单元，用于根据每个车轮的参考四轮力矩分配值和至少二个第一系统约束得到每个车轮的最优车轮力矩。
需要说明的是，前述对车辆的稳定控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的车辆的稳定控制装置，此处不再赘述。
根据本申请实施例提出的车辆的稳定控制装置，可以在检测到车辆的实际工况为极限工况的情况下，通过确定车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，判断车辆是否存在失稳的趋势，从而对不同情况下的滑移率和车轮转矩进行优化控制，提高响应的精确度和稳定性，改善车辆的操控性能，达到车辆的稳定控制的目的，从而更好的保证了驾驶安全。由此，解决了相关技术中，在极限工况下，由于车辆的动力学响应与工况下的响应差异较大，车轮易进入非线性区域，容易造成车辆侧滑，影响车辆稳定性和安全性等问题。
图9为本申请实施例提供的车辆的结构示意图。该车辆可以包括：
存储器901、处理器902及存储在存储器901上并可在处理器902上运行的计算机程序。
处理器902执行程序时实现上述实施例中提供的车辆的稳定控制方法。
进一步地，车辆还包括：
通信接口903，用于存储器901和处理器902之间的通信。
存储器901，用于存放可在处理器902上运行的计算机程序。
存储器901可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。
如果存储器901、处理器902和通信接口903独立实现，则通信接口903、存储器901和处理器902可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构（Industry Standard Architecture，简称为ISA）总线、外部设备互连（PeripheralComponentInterconnect，简称为PCI）总线或扩展工业标准体系结构（Extended IndustryStandard Architecture，简称为EISA）总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图9中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选地，在具体实现上，如果存储器901、处理器902及通信接口903，集成在一块芯片上实现，则存储器901、处理器902及通信接口903可以通过内部接口完成相互间的通信。
处理器902可能是一个中央处理器（Central Processing Unit，简称为CPU），或者是特定集成电路（Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC），或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的车辆的稳定控制方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或N个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或多项的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种车辆的稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测车辆的实际工况；
在检测到所述实际工况为极限工况的情况下，计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，并判断所述所需车轮力是否小于最优车轮力，其中，所述最优车轮力为所述前方路面所能提供的最大车轮力；以及
如果所述所需车轮力小于所述最优车轮力，则控制所述车辆进入稳定行驶模式，生成所述车辆的最优滑移率，以基于所述最优滑移率控制对所述车辆的一个或多个车轮进行稳定控制，否则控制所述车辆进入失稳趋势模式，生成所述车辆的最优车轮转矩，以基于所述最优车轮转矩对所述车辆的一个或多个车轮进行稳定控制；
其中，所述控制所述车辆进入稳定行驶模式，生成所述车辆的最优滑移率，包括：根据所述前方路面的路面信息计算每个车轮的滑移率；根据所述每个车轮的滑移率、目标需求、至少一个第一系统约束得到所述每个车轮的最优滑移率；
所述控制所述车辆进入失稳趋势模式，生成所述车辆的最优车轮转矩，包括：根据车辆的总驱动力矩计算每个车轮的参考四轮力矩分配值；根据所述每个车轮的参考四轮力矩分配值和至少二个第一系统约束得到所述每个车轮的最优车轮力矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，包括：
基于预设车辆动力学和受力平衡关系计算所述车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力。
3.一种车辆的稳定控制装置，其特征在于，包括：
检测模块，用于检测车辆的实际工况；
计算模块，用于在检测到所述实际工况为极限工况的情况下，计算车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力，并判断所述所需车轮力是否小于最优车轮力，其中，所述最优车轮力为所述前方路面所能提供的最大车轮力；
控制模块，用于如果所述所需车轮力小于所述最优车轮力，则控制所述车辆进入稳定行驶模式，生成所述车辆的最优滑移率，以基于所述最优滑移率控制对所述车辆的一个或多个车轮进行稳定控制，否则控制所述车辆进入失稳趋势模式，生成所述车辆的最优车轮转矩，以基于所述最优车轮转矩对所述车辆的一个或多个车轮进行稳定控制；
其中，所述控制模块包括：第二计算单元，用于根据所述前方路面的路面信息计算每个车轮的滑移率；第一确定单元，用于根据所述每个车轮的滑移率、目标需求、至少一个第一系统约束得到所述每个车轮的最优滑移率；第三计算单元，用于根据车辆的总驱动力矩计算每个车轮的参考四轮力矩分配值；第二确定单元，用于根据所述每个车轮的参考四轮力矩分配值和至少二个第一系统约束得到所述每个车轮的最优车轮力矩。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：
第一计算单元，用于基于预设车辆动力学和受力平衡关系计算所述车辆在前方路面稳定行驶的所需车轮力。
5.一种车辆，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-2任一项所述的车辆的稳定控制方法。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-2任一项所述的车辆的稳定控制方法。
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