CN113184046A - 一种基于安全边界的esp与eps协调控制方法与*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车辅助驾驶领域，特别涉及一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法与***。协调控制方法包括以下步骤：S1、获取路面附着系数、车辆参数；S2、根据路面附着系数与车辆参数构建安全边界；S3、构建EPS与ESP协调控制模型。本发明的有益效果在于，本发明通过获取路面附着系数以及车辆参数构建安全边界，基于安全边界构建EPS***与ESP***的协调控制模型，可以针对不同路面与车辆行驶状态协调ESP***输出的横摆力矩与EPS***输出转向力矩协助驾驶员对车辆做出调整，从而提高车辆的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车辅助驾驶领域，特别涉及一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法与***。
背景技术
ESP车身电子稳定***，是对旨在提升车辆的操控表现的同时、有效地防止汽车达到其动态极限时失控的***或程序的通称。电子稳定程序能提升车辆的安全性和操控性。EPS就是英文Electrical Power Steering的缩写，也就是“电子助力转向***”的意思。
EPS***一般由机械转向***加上转矩传感器、车速传感器、电子控制单元、减速器、电动机等组成，它在传统机械转向***的基础上，根据方向盘上的转矩信号和汽车的行驶车速信号，利用电子控制装置使电动机产生相应大小和方向的辅助动力，协助驾驶员进行转向操作。
目前对于车辆的稳定性控制主要是通过单独的转向力矩或者横摆力矩控制来提高车辆的稳定性。这种单独的车辆稳定性控制手段能达到一定效果，但是结果还不够理想。而集成转向力矩和横摆力矩控制的车辆稳定性控制手段具有更加优异的效果。但是如何协调转向力矩和横摆力矩的输出是目前稳定性控制亟待解决的一个问题。
发明内容
为了解决问题转向力矩和横摆力矩输出的协调控制，本发明提供了一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法与***，具体方案如下：
一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法包括以下步骤：
S1、获取路面附着系数、车辆参数；
S2、根据路面附着系数与车辆参数构建安全边界；
S3、构建EPS与ESP协调控制模型。
具体地说，步骤S1中所述的车辆参数包括重心到后轴的距离、重心到前轴的距离、后轴侧偏角最大值、前轴侧偏角饱和值、整车质量、前轮侧偏刚度、后轮侧偏刚度中的一种或多种。
具体地说，步骤S2具体为：
根据路面附着系数计算横摆角速度最大值
根据重心侧偏角上限与后轴侧偏角的关系；
式中L为重心到后轴的距离；
为后轴侧偏角的最大值；V为车速，g为重力加速度；μ为路面附着系数；
当前轮转角增大到临界值
由δm决定的横摆角速度和重心侧偏角，记为B点，根据前后轴侧偏角的关系；
式中l为重心到前轴的距离；
为前轴侧偏角的饱和值；
以横坐标为重心侧偏角ε，纵坐标为横摆角速度ω建立坐标系；A点坐标为
P点坐标为
获取A、B关于原点的对称点C、D；
以点A、E、F、C、G、H所形成区域作为安全边界；
E点的坐标为：
[βE＝εA+τE(εB-βA),ωE＝τE(ωB-ωA)+ωA]；
F点的坐标为：
式中τE、τF取值范围为0.4到0.6之间；
G为E关于原点的对称点；H为F关于原点的对称点。
具体的说，步骤S3具体为：
构建EPS与ESP协调控制模型：
设置安全边界函数：S＝(ω-ωs)-k(ε-εs)；
式中k为安全边界AH、AE、EF的斜率；(ε，ω)为当前车辆状态；(εs，ωs)在安全边界上且距离点(ε，ω)的距离最小；
引入EPS***权重影响决策因子M1和ESP***权重影响决策因子M2，所述点(ε，ω)距离安全边界的距离越小M1越小M2越大；
获取EPS***电动机开始提供电动机助力时的方向盘转角W0和期望横摆角速度ωE；
当S<0，W>W0，ω<ωE时，输出M1＝1、M2＝0；
当S<0，W>W0，ω≥ωE时，输出解调后的M1、M2；
当S>0时，输出M1＝0、M2＝1。
具体地说，所述期望横摆角速度ωE的计算方法包括：
式中VX为纵向车速；δ为前轮转角；K为稳定系数；
式中M为整车质量；Kq为前轮侧偏刚度；Kh为后轮侧偏刚度。
具体地说，所述输出解调后的M1、M2中的解调具体为，基于NSGA2算法获取M1、M2全程最优解。
具体地说，还包括获取车辆行驶参数基于构建的EPS与ESP协调控制模型协助驾驶员对车辆行驶状态做出调整，调整包括输出转向力矩、输出横摆力矩。
用于上述协调控制方法的控制***，包括主控单元和与主控单元对应接口连接的传感器单元、安全边界单元、ESP与EPS协调控制单元；还包括与ESP与EPS协调单元连接的ESP***和EPS***。
具体地说，所述传感器单元包括路面附着系数传感器、横摆角速度传感器、重心侧偏角传感器、横向加速度传感器、纵向加速度传感器、轮胎转角传感器、轮速传感器，方向盘转角传感器；所述路面附着系数传感器安装在轮胎纹路凹槽中，所述横摆角速度传感器、重心角速度传感器安装在车辆重心处，所述轮胎转角传感器安装在轮胎轮毂中，所述轮速传感器安装在轮胎罩上，所述方向盘转角传感器安装在方向盘上。
具体地说，还包括显示控制模块，所述显示控制模块连接到主控单元，所述显示控制模块用于显示车辆行驶状态和ESP***、EPS***的开启或关闭。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过获取路面附着系数以及车辆参数构建安全边界，基于安全边界构建EPS***与ESP***的协调控制模型，可以针对不同路面与车辆行驶状态协调ESP***输出的横摆力矩与EPS***输出转向力矩协助驾驶员对车辆做出调整，从而提高车辆的稳定性。
(2)通过NSGA2算法获取M1、M2的最优解，解决了遗传算法易于陷入局部最优、收敛速度缓慢的问题。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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它的附图。
图1为本发明方法的流程图；
图2为安全边界的示意图；
图3为本发明***的示意图。
图中标识具体为：
1、主控单元；2、传感器单元；3、安全边界单元；4、ESP与EPS协调控制单元；5、ESP***；6、EPS***。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法与***，包括以：
如图1所示，一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法，包括以下步骤：
S1、获取车辆参数，同时路面附着系数传感器获取路面附着系数；
所述车辆参数包括车辆重量、车辆前轴到重心的距离、车辆后轴到重心的距离、后轴侧偏角的范围、前轮侧偏刚度、后轮侧偏刚度。
S2、如图2所示，根据路面附着系数与车辆参数构建安全边界；
根据路面附着系数计算横摆角速度最大值
根据重心侧偏角上限与后轴侧偏角的关系；
式中L为重心到后轴的距离；
为后轴侧偏角的最大值；V为车速，g为重力加速度；μ为路面附着系数；
当前轮转角增大到临界值
由δm决定的横摆角速度和重心侧偏角，记为B点，根据前后轴侧偏角的关系；
式中l为重心到前轴的距离；
为前轴侧偏角的饱和值；
以横坐标为重心侧偏角ε，纵坐标为横摆角速度ω建立坐标系；A点坐标为
P点坐标为
获取A、B关于原点的对称点C、D；
以点A、E、F、C、G、H所形成区域作为安全边界；
E点的坐标为：
[βE＝εA+τE(εB-βA),ωE＝τE(ωB-ωA)+ωA]；
F点的坐标为：
式中τE、τF取值范围为0.4到0.6之间；
G为E关于原点的对称点；H为F关于原点的对称点。
S3、引入决策因子M1、M2构建EPS与ESP协调控制模型；
构建EPS与ESP协调控制模型：
设置安全边界函数：S＝(ω-ωs)-k(ε-εs)；
式中k为安全边界AH、AE、EF的斜率；(ε，ω)为当前车辆状态；(εs，ωs)在安全边界上且距离点(ε，ω)的距离最小；
引入EPS***权重影响决策因子M1和ESP***权重影响决策因子M2，所述点(ε，ω)距离安全边界的距离越小M1越小M2越大；
获取EPS***电动机开始提供电动机助力时的方向盘转角W0和期望横摆角速度ωE；
当S<0，W>W0，ω<ωE时，输出M1＝1、M2＝0；
当S<0，W>W0，ω≥ωE时，基于NSGA2算法获取并输出M1、M2全程最优解；
当S>0时，输出M1＝0、M2＝1。
所述期望横摆角速度ωE的计算方法包括：
式中VX为纵向车速；δ为前轮转角；K为稳定系数；
式中M为整车质量；Kq为前轮侧偏刚度；Kh为后轮侧偏刚度。
S4、获取车辆行驶参数，基于构建的EPS与ESP协调控制模型协助驾驶员对车辆行驶状态做出调整，调整包括输出转向力矩、输出横摆力矩。
步骤S1中所述的车辆参数包括重心到后轴的距离、重心到前轴的距离、后轴侧偏角最大值、前轴侧偏角饱和值、整车质量、前轮侧偏刚度、后轮侧偏刚度。
如图3所示，用于上述协调控制方法的控制***包括主控单元和与主控单元对应接口连接的传感器单元、安全边界单元、ESP与EPS协调控制单元；还包括与ESP与EPS协调单元连接的ESP***和EPS***。
所述传感器单元包括路面附着系数传感器、横摆角速度传感器、重心侧偏角传感器、横向加速度传感器、纵向加速度传感器、轮胎转角传感器、轮速传感器，方向盘转角传感器；所述路面附着系数传感器安装在轮胎纹路凹槽中，所述横摆角速度传感器、重心角速度传感器安装在车辆重心处，所述轮胎转角传感器安装在轮胎轮毂中，所述轮速传感器安装在轮胎罩上，所述方向盘转角传感器安装在方向盘上。
所述***还包括显示控制模块，所述显示控制模块连接到主控单元，所述显示控制模块用于显示车辆行驶状态和ESP***、EPS***的开启或关闭。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取路面附着系数、车辆参数；
S2、根据路面附着系数与车辆参数构建安全边界；
S3、构建EPS与ESP协调控制模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法，其特征在于，步骤S1中所述的车辆参数包括重心到后轴的距离、重心到前轴的距离、后轴侧偏角最大值、前轴侧偏角饱和值、整车质量、前轮侧偏刚度、后轮侧偏刚度中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法，其特征在于，步骤S2具体为：
根据路面附着系数计算横摆角速度最大值
根据重心侧偏角上限与后轴侧偏角的关系；
式中L为重心到后轴的距离；
为后轴侧偏角的最大值；V为车速，g为重力加速度；μ为路面附着系数；
当前轮转角增大到临界值
由δm决定的横摆角速度和重心侧偏角，记为B点，根据前后轴侧偏角的关系；
式中l为重心到前轴的距离；
为前轴侧偏角的饱和值；
以横坐标为重心侧偏角ε，纵坐标为横摆角速度ω建立坐标系；A点坐标为
P点坐标为
获取A、B关于原点的对称点C、D；
以点A、E、F、C、G、H所形成区域作为安全边界；
E点的坐标为：
[βE＝εA+τE(εB-βA),ωE＝τE(ωB-ωA)+ωA]；
F点的坐标为：
式中τE、τF取值范围为0.4到0.6之间；
G为E关于原点的对称点；H为F关于原点的对称点。
4.根据权利要求1所述的一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法，其特征在于，步骤S3具体为：
构建EPS与ESP协调控制模型：
设置安全边界函数：S＝(ω-ωs)-k(ε-εs)；
式中k为安全边界AH、AE、EF的斜率；(ε，ω)为当前车辆状态；(εs，ωs)在安全边界上且距离点(ε，ω)的距离最小；
引入EPS***权重影响决策因子M1和ESP***权重影响决策因子M2，所述点(ε，ω)距离安全边界的距离越小M1越小M2越大；
获取EPS***电动机开始提供电动机助力时的方向盘转角W0和期望横摆角速度ωE；
当S<0，W>W0，ω<ωE时，输出M1＝1、M2＝0；
当S<0，W>W0，ω≥ωE时，输出解调后的M1、M2；
当S>0时，输出M1＝0、M2＝1。
5.根据权利要求4所述的一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法，其特征在于，所述期望横摆角速度ωE的计算方法包括：
式中VX为纵向车速；δ为前轮转角；K为稳定系数；
式中M为整车质量；Kq为前轮侧偏刚度；Kh为后轮侧偏刚度。
6.根据权利要求4所述的一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法，其特征在于，所述输出解调后的M1、M2中的解调具体为，基于NSGA2算法获取M1、M2全程最优解。
7.根据权利要求1所述的一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法，其特征在于，在步骤S3后还包括:
S4、获取车辆行驶参数，基于构建的EPS与ESP协调控制模型协助驾驶员对车辆行驶状态做出调整，调整包括输出转向力矩、输出横摆力矩。
8.用于权利要求1-7所述的一种基于安全边界的ESP与EPS协调控制方法的控制***，其特征在于，包括主控单元和与主控单元对应接口连接的传感器单元、安全边界单元、ESP与EPS协调控制单元；还包括与ESP与EPS协调单元连接的ESP***和EPS***。
9.根据权利要求8所述的控制***，其特征在于，所述传感器单元包括路面附着系数传感器、横摆角速度传感器、重心侧偏角传感器、横向加速度传感器、纵向加速度传感器、轮胎转角传感器、轮速传感器，方向盘转角传感器；所述路面附着系数传感器安装在轮胎纹路凹槽中，所述横摆角速度传感器、重心角速度传感器安装在车辆重心处，所述轮胎转角传感器安装在轮胎轮毂中，所述轮速传感器安装在轮胎罩上，所述方向盘转角传感器安装在方向盘上。
10.根据权利要求8所述的控制***，其特征在于，还包括显示控制模块，所述显示控制模块连接到主控单元，所述显示控制模块用于显示车辆行驶状态和ESP***、EPS***的开启或关闭。
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