一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法

1.本发明涉及汽车安全技术领域，具体涉及一种一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法。


背景技术：

2.车辆侧翻是一种十分严重的交通事故，在汽车事故中，侧翻的危害程度仅次于碰撞事故，居第二位。侧翻事故会造成严重的人员伤亡和财产损失。及时且准确地预测汽车的行驶状态，并将车辆的实时状态参数及时地传递给驾驶人员和主动防侧翻控制系统，可以在一定程度上避免车辆发生侧翻。
3.侧翻预警指标是一种表征车辆侧翻状态的指标，传统的侧翻指标采用横向载荷转移率、侧倾角、侧向加速度等，然而传统的预警指标只能表征当前时刻的车辆侧翻状态，无法对车辆未来的侧翻状态及时地表征，如靳立强等在《基于零力矩点指标和侧翻时间算法的车辆侧翻预警[j].汽车工程.2017.39(3).281-287》中利用零力矩点位置作为侧翻预警指标来对车辆状态进行表征，并基于零力矩点来计算侧翻预警时间，但由于零力矩点仅能表征当前车辆状态，利用其计算的侧翻预警时间无法对未来时刻进行预测，这就导致车辆预警存在时滞性，同时预警精度不高，从而使得主动防侧翻控制系统无法及时对车辆进行控制。而传统的主动防侧翻控制系统采用简单的pid控制器，参数调节繁琐且适用性较差，导致控制效果欠佳。


技术实现要素：

[0004]
本发明针对现有技术的不足，提出了一种一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法：本发明对零力矩点位置进行改进，提出二次预测型零力矩点位置，并基于此计算侧翻预警时间，该预警方法可以表征车辆未来的侧翻状态，预警精度更高；本发明提出的防侧翻控制系统具有参数自适应性，使得防侧翻控制效果更好，可以有效地避免车辆发生侧翻。
[0005]
本发明所采用的技术方案为：一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，包括以下步骤：
[0006]
建立车辆三自由度侧翻动力学模型；
[0007]
结合上述建立的车辆三自由度侧翻动力学模型，建立侧翻预警指标零力矩点，计算出零力矩点横向位置的一次及二次变化率；
[0008]
基于零力矩点横向位置的二次变化率，求出侧翻预警时间的解析解；当前侧翻预警时间小于上限值时，进行车辆侧翻预警，触发防侧翻控制系统；
[0009]
当触发防侧翻控制系统时，通过基于模糊pi控制的前轮差动制动模块进行防侧翻制动压力控制。
[0010]
进一步地，考虑到侧向运动、横摆运动和侧倾运动的相互耦合作用，得到系统的微分方程：
[0011][0012]
式中：m为整车质量；vy是侧向车速；ms为簧载质量；h为簧载质量质心到侧倾轴的距离；为簧载质量的侧倾角；kf和kr分别为前后轮的总侧偏刚度；v
x
是纵向车速；lf和lr分别是前后轴到质心的距离；ωr是横摆角速度；iz是整车的横摆转动惯量；δ是前轮转角；i
x
是簧载质量绕侧倾轴的转动惯量；是等效侧倾角阻尼系数；是等效侧倾角刚度；g是重力加速度；
[0013]
将系统的状态方程缩减为四维的，取状态变量为：
[0014][0015]
式中：t代表转置，β为质心侧偏角；为侧倾角的一次导数；
[0016]
侧翻系统的状态方程可表示为：
[0017][0018]
其中：a和b是侧翻系统状态方程的系数矩阵；
[0019]
结合方向盘转角、纵向车速、系统的微分方程和状态方程，计算得到车辆的侧向加速度值、侧倾角和侧倾角速度值。
[0020]
进一步地，所述结合上述建立的车辆三自由度侧翻动力学模型，建立侧翻预警指标零力矩点，计算出零力矩点横向位置的一次及二次变化率，具体包括：
[0021]
根据所计算得到的侧向加速度值、侧倾角和侧倾角速度值建立侧翻预警指标零力矩点横向位置坐标：
[0022][0023]
式中，m是整车质量；ms是簧载质量；m2是非簧载质量；ay为横向加速度；h为簧载质量质心到侧倾轴的距离；h2为非簧载质量质心到地面的距离；hr为侧倾轴到地面的距离；为簧载质量的侧倾角；i
x
是簧载质量绕侧倾轴的转动惯量，hr是侧倾轴到地面的距离；
[0024]
定义二次预测型零力矩点横向位置：从当前时刻，历经δt时间后的车辆侧翻指标值。二次预测型零力矩点横向位置表达式为：
[0025][0026]
基于车辆三自由度侧翻动力学模型，进行小角度假设，并对侧倾角加速度导数和侧向加速度导数进行变换，最终得到由侧向加速度、横摆角速度、纵向车速、前轮转角和侧
倾角构成的零力矩点横向位置的一次及二次变化率。
[0027]
进一步地，所述零力矩点横向位置的一次变化率为：
[0028][0029]
式中，a1、a2、a3、a4、a5均为系数，v
x
是纵向车速，ωr是横摆角速度，δ是前轮转角，为簧载质量的侧倾角，ay为横向加速度。
[0030]
进一步地，所述零力矩点横向位置的二次变化率为：
[0031][0032]
式中，b1、b2、b3、b4、b5、b6均为系数，v
x
是纵向车速，ωr是横摆角速度，δ是前轮转角，为簧载质量的侧倾角，ay为横向加速度。
[0033]
进一步地，定义侧翻预警时间ttr，即从当前时刻的车辆状态到发生侧翻时所经过的时间，当|s
pzmp
|＝侧翻预警指标上限值时，求出的δt即为侧翻预警时间ttr，其中，s
pzmp
为二次预测型零力矩点横向位置；
[0034]
故当零力矩点横向位置的二次变化率不等于零时，侧翻预警时间ttr为：
[0035][0036]
式中，y
zmp,d
是侧翻预警指标零力矩点横向位置的上限值；
[0037]
当等于零且不为零时，侧翻预警时间ttr表示为：
[0038][0039]
当和均为零时，此时y
zmp
已经达到了稳定状态，若|y
zmp
|＜|y
zmp,d
|，则判定侧翻预警时间为预警时间上限值，即认为此时没有侧翻的风险，若|y
zmp
|＞|y
zmp,d
|且外界条件不再改变时，认为即将发生侧翻，触发控制系统进行防侧翻控制。
[0040]
进一步地，所述二次预测型零力矩点横向位置为：
[0041][0042]
式中，y
zmp
(t0)为前时刻t0的零力矩点的纵向坐标值，零力矩点横向位置的一次变化率，δt指从当前时刻t0开始历经的时间，为零力矩点横向位置的二次变化率。
[0043]
进一步地，所述当触发防侧翻控制系统时，通过基于模糊pi控制的前轮差动制动控制模块进行防侧翻制动压力控制，具体包括：
[0044]
模糊控制器确定输入和输出变量：以零力矩点纵向坐标y
zmp
和极限位置y
zmp,d
之间的偏差和偏差的变化率为输入变量，以pid的参数k
p
和ki为输出变量；
[0045]
输入变量经过模糊化、模糊规则推理、去模糊化得到输出变量模糊自适应整定参数k
p
和ki；
[0046]
将模糊自适应整定参数k
p
和ki的值带入到pid控制器中，得到输出变量制动力矩；
[0047]
将制动力矩经差动制动模块，转化成制动轮缸压力，输出给前外轮的电液制动器，进行制动控制。
[0048]
进一步地，所述制动力矩为：
[0049][0050]
本发明与现有技术相比，具有的有益效果至少如下：
[0051]
(1)本发明所提出的基于二次预测型零力矩点位置的侧翻预警方法，相对于传统侧翻预警如侧倾角、横向载荷转移率、侧向加速度、零力矩点位置等侧翻预警指标而言，二次预测型零力矩点位置和基于此计算的侧翻预警时间可以表征车辆未来时刻的侧倾状态，同时提高了预警精度，可以及时且高效地预警，给驾驶员以侧翻提醒；并且也可以保障触发防侧翻控制的实时性和准确性。
[0052]
(2)本发明所提出的基于模糊pi控制的防侧翻制动控制方法，相对于传统pid控制而言，模糊控制所决策的pid参数具有自适应性，使得控制更精确、控制效果更好，同时也可以减少技术人员参数调节的工作量；采用对前外轮单独控制的差动制动控制策略，可以给车辆提高较大的附加横摆力矩，能够有效避免车辆发生侧翻。
附图说明
[0053]
图1是本发明实施例提供的流程图。
[0054]
图2是本发明车辆三自由度侧翻模型示意图。
[0055]
图3是本发明零力矩点坐标系示意图。
具体实施方式
[0056]
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、完整的描述，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他实施例，都是本发明保护的范围。
[0057]
参照图1所示，本发明提供的一种一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，包括以下步骤：
[0058]
步骤1：建立车辆三自由度侧翻动力学模型，包括：侧向运动、横摆运动和侧倾运动；
[0059]
在本发明的一其中些实施例中，请参照图2，建立了一个三自由度侧翻动力学模型，具体步骤如下：
[0060]
步骤(1.1)，建立三自由度侧翻系统的微分方程和状态方程。
[0061]
轮胎模型忽略轮胎及悬架的非线性因素对汽车侧翻特性的影响，是线性轮胎侧偏力模型，忽略转向系统的结构和影响，并假设在一定计算周期内纵向车速保持不变，同时忽略轮胎侧偏力非线性因素的影响。以车辆侧倾中心o为坐标原点，经过原点的车辆纵向轴线为x轴，经过原点的车辆侧向轴线为y轴，经过原点的车辆垂直线为z轴。根据坐标系定义，车辆三自由度侧翻动力学模型包括沿y轴的侧向运动、绕z轴的横摆运动，以及绕x轴的侧倾运
动：
[0062]
考虑到侧向运动、横摆运动和侧倾运动的相互耦合作用，得到系统的微分方程：
[0063][0064]
式中：m为整车质量；vy是侧向车速；ms为簧载质量；h为簧载质量质心到侧倾轴的距离；为簧载质量的侧倾角；kf和kr分别为前后轮的总侧偏刚度；v
x
是纵向车速；lf和lr分别是前后轴到质心的距离；ωr是横摆角速度；iz是整车的横摆转动惯量；δ是前轮转角；i
x
是簧载质量绕侧倾轴的转动惯量；是等效侧倾角阻尼系数；是等效侧倾角刚度；g是重力加速度。
[0065]
图2中，ay为横向加速度；ff和fr分别是前后轮的侧向力，αf和αr分别为前后车轮的侧偏角，v是车辆的车速，hr是侧倾轴到地面的距离。
[0066]
将系统的状态方程缩减为四维的，取状态变量为：
[0067][0068]
式中：t代表转置，β为质心侧偏角；为侧倾角的一次导数。
[0069]
侧翻系统的状态方程可表示为：
[0070][0071]
其中：a和b是侧翻系统状态方程的系数矩阵。
[0072]
步骤(1.2)，根据方向盘转角、纵向车速和上述公式，计算得到车辆的侧向加速度值、侧倾角和侧倾角速度值。
[0073]
步骤2：结合上述建立的车辆三自由度侧翻动力学模型，建立侧翻预警指标零力矩点，计算出零力矩点横向位置的一次及二次变化率；
[0074]
步骤(2.1)，根据三自由度侧翻动力学模型所计算的侧向加速度值、侧倾角和侧倾角速度值建立起侧翻预警指标零力矩点横向位置坐标，具体步骤如下：
[0075]
零力矩点是存在于地面上的一位置可变的点，汽车系统各部分对该点的合力矩为零。车辆系统中各组成部分j相对于零力矩点位置zmp的力矩t
sj
的定义式为：
[0076]
t
sj
＝(s
j-s
zmp
)[mj(-aj+g)]+mj(4)
[0077]
式中，sj、mj、aj分别表示车辆系统中的组成部分j的位置矢量、质量和加速度；mj表示外力对组成部分j的力矩；s
zmp
表示零力矩点位置zmp的位置矢量；g表示重力加速度。
[0078]
计算零力矩点所使用的坐标系如图3所示，z轴经过车辆的非簧载质量质心且垂直于地面，以z轴和地面的接触点为原点o，沿车辆纵轴方向建立x轴，沿车辆侧向建立y轴。结合图2和图3，可以得到簧载质量质心位置p1和非簧载质量质心位置p2，其中h2为车辆的非簧
载质量质心高度，l1为簧载质量质心位置相对于非簧载质量质心位置沿x轴的偏移量。结合车辆三自由度侧翻动力学模型公式，并将簧载质量和非簧载质量对零力矩点zmp的合力矩投影到x、y、z坐标轴上，得到合力矩在各个轴上的投影τ
sj
为：
[0079][0080]
式中：x
sj
、y
sj
、z
sj
分别为车辆系统中组成部分j的坐标值；m
sj,x
、m
sj,y
、m
sj,z
分别是外力对组成部分j的力矩在x轴、y轴、z轴上的分量，x
zmp
为零力矩点的横向坐标值，y
zmp
为零力矩点的纵向坐标值，m
sj
是车辆系统中组成部分j的质量。
[0081]
由于本发明研究的是车辆的侧翻状态，只需要计算零力矩点的纵向坐标值y
zmp
，将汽车各组成部分的零力矩点坐标值和质心坐标值带入到公式(5)，可以得到x轴上的合力矩投影τ
sj,x
，为了得到零力矩点的纵向坐标值y
zmp
，令τ
sj,x
＝0，且考虑小角度假设，得侧翻预警指标零力矩点位置的纵坐标值为：
[0082][0083]
式中，ay为横向加速度，m2为非簧载质量。
[0084]
步骤(2.2)，定义二次预测型零力矩点横向位置：从当前时刻t0，历经δt时间后的车辆侧翻指标值。二次预测型零力矩点横向位置s
pzmp
(δt)表达式为：
[0085][0086]
二次预测型零力矩点横向位置由三项组成，第一项是当前时刻的y
zmp
值，第二项则表示y
zmp
的一次变化率对将来短时间内y
zmp
值的影响，第三项则表示y
zmp
的二次变化率对将来短时间内y
zmp
值的影响。
[0087]
步骤(2.3)，计算零力矩点位置的一次及二次变化率：
[0088]yzmp
计算式中含有ay、和y
zmp
的一次和二次变化率包含上述变量的一次和二次导数，由于测量值中有噪声，为了使计算结果更加准确，需要对侧倾角加速度导数和侧向加速度导数进行变换。根据前文建立的车辆三自由度侧翻动力学模型，进行小角度假设(即假定某角度α的正弦值和正切值均等于角度值α)，可以得到：
[0089]
may＝(kf+kr)β+(lfk
f-lrkr)ωr/v
x-kfδ(8)
[0090][0091][0092]
其中，β为质心侧偏角，是侧倾角加速度的一阶导数。
[0093]
根据上式可以对侧向加速度和侧倾角加速度进行求导数：
[0094][0095][0096][0097]
将变换后的侧向加速度和侧倾角加速度的导数带入到中可得：
[0098][0099]
式中，a1、a2、a3、a4、a5均为系数；
[0100]
同理：
[0101][0102][0103][0104][0105][0106]
综合上述公式，可以推导出的表达式：
[0107][0108]
上式中，b1、b2、b3、b4、b5、b6均为系数。
[0109]
步骤3：基于零力矩点横向位置的二次变化率，求出侧翻预警时间的解析解；当前侧翻预警时间小于预设的预警时间上限值时，进行车辆侧翻预警，触发防侧翻控制系统；
[0110]
在本发明的其中一些实施例中，定义侧翻预警时间ttr：从当前时刻的车辆状态到发生侧翻时所经过的时间。根据车辆侧翻的定义，当车辆达到侧翻状态时，其零力矩点位置达到极限位置y
zmp,d
。此时令：
[0111]
|s
pzmp
|＝|y
zmp,d
|(21)
[0112]
由s
pzmp
定义式(7)可求得δt。根据侧翻预警时间(ttr)的定义可知，此时所求得的δt即为当前时刻的侧翻预警时间值。
[0113]
故当不等于零时，侧翻预警时间ttr表示为：
[0114][0115]
当等于零且不为零时，侧翻预警时间ttr表示为：
[0116][0117]
当和均为零时，此时y
zmp
已经达到了稳定状态，若|y
zmp
|＜|y
zmp,d
|，则判定侧翻预警时间为预警时间上限值，即认为此时没有侧翻的风险。若|y
zmp
|＞|y
zmp,d
|且外界条件不再改变时，认为即将发生侧翻，触发控制系统进行防侧翻控制。
[0118]
步骤4：当触发防侧翻控制系统时，通过基于模糊pi控制的前轮差动制动控制模块进行防侧翻制动压力控制。
[0119]
在本发明的其中一些实施例中，本步骤具体包括：
[0120]
步骤(4.1)，模糊控制器确定输入变量和输出变量：以零力矩点纵向坐标y
zmp
和极限位置y
zmp,d
之间的偏差和偏差的变化率为输入变量；以pid的参数k
p
和ki为输出变量。
[0121]
步骤(4.2)，输入变量经过模糊化、模糊规则推理、去模糊化得到输出变量；
[0122]
步骤(4.2.1)，输入变量的模糊化：输入参数零力矩点纵向坐标y
zmp
和极限位置y
zmp,d
之间的偏差和偏差的变化率的模糊论域，均定义为[-6,6]。根据经验，将输出参数k
p
的论域定义为[450,500]、ki的论域定义为[6,9]。同时将输入和输出的模糊变量均分为7个不同的等级，分别为nb(负大)、nm(负中)、ns(负小)、ze(零)、ps(正小)、pm(正中)、pb(正大)。均采用高斯隶属度函数。
[0123]
步骤(4.2.2)，设计模糊控制规则表：采用mamdani型模糊推理制定模糊规则，模糊控制规则的定义遵循以下原则：当较大时，控制的目的在于尽快消除误差；当较小时，控制的目的在于保证系统的稳定性；当和均增大时，控制的目的是在原有的基础之上增加消除误差的控制强度；反之则降低控制强度。将模糊控制规则用表格表示，表1是k
p
的模糊控制规则表；表2是ki的模糊控制规则表。
[0124]
步骤(4.2.3)，输入变量的去模糊化，采用面积重心法进行去模糊化，从而得到制动力矩pi控制的模糊自适应整定参数k
p
和ki的值。
[0125]
表1 k
p
的模糊控制规则表
[0126][0127]
表2 ki的模糊控制规则表
[0128][0129]
步骤(4.3)，将模糊自适应整定参数k
p
和ki的值带入到pid控制器中，得到输出变量制动力矩。
[0130]
在本发明的其中一些实施例中，由模糊pid控制器计算得到的制动力矩大小为：
[0131][0132]
步骤(4.4)，将制动力矩经差动制动模块，转化成制动轮缸压力，输出给前外轮的电液制动器，进行制动控制。
[0133]
步骤(4.4.1)，设计差动制动控制规则表：在本发明的其中一些实施例中，参照表3，采用的差动制动策略是单独对前外轮施加制动力。
[0134]
表3差动制动控制规则
[0135][0136]
步骤(4.4.2)，最终将制动力矩mb转化为制动轮缸压力pb，经过电液制动器ehb作用到相应车轮，以形成附加横摆力矩，避免车辆发生侧翻。
[0137]
在本发明的其中一些实施例中，最终输出的制动轮缸压力为：
[0138]
pb＝mb/kb(25)
[0139]
式中kb为电液制动器ehb的制动效能因数。
[0140]
本发明提出的侧翻预警及控制方法对传统的零力矩点位置进行改进，提出二次预测型零力矩点位置，并基于此计算侧翻预警时间，该预警方法可以表征车辆未来的侧翻状态，预警精度更高；同时相对于传统的pid控制方式，本发明提出的模糊pi控制所决策出的pid参数具有很好的鲁棒性，适用于不同工况，减少了复杂的参数调节且控制效果较好。
[0141]
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，包括以下步骤：建立车辆三自由度侧翻动力学模型；结合上述建立的车辆三自由度侧翻动力学模型，建立侧翻预警指标零力矩点，计算出零力矩点横向位置的一次及二次变化率；基于零力矩点横向位置的二次变化率，求出侧翻预警时间的解析解；当前侧翻预警时间小于上限值时，进行车辆侧翻预警，触发防侧翻控制系统；当触发防侧翻控制系统时，通过基于模糊pi控制的前轮差动制动模块进行防侧翻制动压力控制。2.根据权利要求1所述的一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，其特征在于，所述车辆三自由度侧翻动力学模型包括沿y轴的侧向运动、绕z轴的横摆运动，以及绕x轴的侧倾运动：轮胎模型忽略了轮胎侧偏力非线性因素的影响，基于侧翻系统的微分方程和状态方程，并根据方向盘转角、纵向车速，计算得到车辆的侧向加速度值、侧倾角和侧倾角速度值。3.根据权利要求2所述的一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，其特征在于，考虑到侧向运动、横摆运动和侧倾运动的相互耦合作用，得到系统的微分方程：式中：m为整车质量；v
y
是侧向车速；m
s
为簧载质量；h为簧载质量质心到侧倾轴的距离；为簧载质量的侧倾角；k
f
和k
r
分别为前后轮的总侧偏刚度；v
x
是纵向车速；l
f
和l
r
分别是前后轴到质心的距离；ω
r
是横摆角速度；i
z
是整车的横摆转动惯量；δ是前轮转角；i
x
是簧载质量绕侧倾轴的转动惯量；是等效侧倾角阻尼系数；是等效侧倾角刚度；g是重力加速度；将系统的状态方程缩减为四维的，取状态变量为：式中：t代表转置，β为质心侧偏角；为侧倾角的一次导数；侧翻系统的状态方程可表示为：其中：a和b是侧翻系统状态方程的系数矩阵；结合方向盘转角、纵向车速、系统的微分方程和状态方程，计算得到车辆的侧向加速度值、侧倾角和侧倾角速度值。4.根据权利要求1所述的一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，其特
征在于，所述结合上述建立的车辆三自由度侧翻动力学模型，建立侧翻预警指标零力矩点，计算出零力矩点横向位置的一次及二次变化率，具体包括：根据所计算得到的侧向加速度值、侧倾角和侧倾角速度值建立侧翻预警指标零力矩点横向位置坐标：式中，m是整车质量；m
s
是簧载质量；m2是非簧载质量；a
y
为横向加速度；h为簧载质量质心到侧倾轴的距离；h2为非簧载质量质心到地面的距离；h
r
为侧倾轴到地面的距离；为簧载质量的侧倾角；i
x
是簧载质量绕侧倾轴的转动惯量，h
r
是侧倾轴到地面的距离；定义二次预测型零力矩点横向位置：从当前时刻，历经δt时间后的车辆侧翻指标值。二次预测型零力矩点横向位置表达式为：基于车辆三自由度侧翻动力学模型，进行小角度假设，并对侧倾角加速度导数和侧向加速度导数进行变换，最终得到由侧向加速度、横摆角速度、纵向车速、前轮转角和侧倾角构成的零力矩点横向位置的一次及二次变化率。5.根据权利要求1所述的一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，其特征在于，所述零力矩点横向位置的一次变化率为：式中，a1、a2、a3、a4、a5均为系数，v
x
是纵向车速，ω
r
是横摆角速度，δ是前轮转角，为簧载质量的侧倾角，a
y
为横向加速度。6.根据权利要求1所述的一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，其特征在于，所述零力矩点横向位置的二次变化率为：式中，b1、b2、b3、b4、b5、b6均为系数，v
x
是纵向车速，ω
r
是横摆角速度，δ是前轮转角，为簧载质量的侧倾角，a
y
为横向加速度。7.根据权利要求1所述的一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，其特征在于，定义侧翻预警时间ttr，即从当前时刻的车辆状态到发生侧翻时所经过的时间，当|s
pzmp
|＝侧翻预警指标上限值时，求出的δt即为侧翻预警时间ttr，其中，s
pzmp
为二次预测型零力矩点横向位置；故当零力矩点横向位置的二次变化率不等于零时，侧翻预警时间ttr为：式中，y
zmp,d
是侧翻预警指标零力矩点横向位置的上限值；当等于零且不为零时，侧翻预警时间ttr表示为：
当和均为零时，此时y
zmp
已经达到了稳定状态，若|y
zmp
|＜|y
zmp,d
|，则判定侧翻预警时间为预警时间上限值，即认为此时没有侧翻的风险，若|y
zmp
|＞|y
zmp,d
|且外界条件不再改变时，认为即将发生侧翻，触发控制系统进行防侧翻控制。8.根据权利要求7所述的一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，其特征在于，所述二次预测型零力矩点横向位置为：式中，y
zmp
(t0)为前时刻t0的零力矩点的纵向坐标值，零力矩点横向位置的一次变化率，δt指从当前时刻t0开始历经的时间，为零力矩点横向位置的二次变化率。9.根据权利要求1-8任一所述的一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，其特征在于，所述当触发防侧翻控制系统时，通过基于模糊pi控制的前轮差动制动控制模块进行防侧翻制动压力控制，具体包括：模糊控制器确定输入和输出变量：以零力矩点纵向坐标y
zmp
和极限位置y
zmp,d
之间的偏差e
yzmp
和偏差的变化率ec
yzmp
为输入变量，以pid的参数k
p
和k
i
为输出变量；输入变量经过模糊化、模糊规则推理、去模糊化得到输出变量模糊自适应整定参数k
p
和k
i
；将模糊自适应整定参数k
p
和k
i
的值带入到pid控制器中，得到输出变量制动力矩；将制动力矩经差动制动模块，转化成制动轮缸压力，输出给前外轮的电液制动器，进行制动控制。10.根据权利要求9所述的一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，其特征在于，所述制动力矩为：

技术总结
本发明公开了一种基于二次预测型零力矩点的侧翻预警及控制方法，步骤如下：建立车辆三自由度侧翻动力学模型，包括横向运动、横摆运动和侧倾运动；结合上述建立的车辆三自由度模型，建立侧翻预警指标零力矩点，计算出零力矩点横向位置的一次及二次变化率；基于零力矩点横向位置的二次变化率，求出了侧翻预警时间的解析解；当前侧翻预警时间小于上限值时，进行车辆侧翻预警，并通过基于模糊PI控制的前轮差动制动模块进行防侧翻制动压力控制。本发明可以有效警示驾驶员车辆有侧翻风险，同时应用模糊自适应控制，可以达到较好的防侧翻控制效果。果。果。


技术研发人员：王海洋 上官文斌
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2022/3/8