后轮主动转向系统及车辆稳定性控制方法、系统、介质与流程

本发明涉及智能底盘与汽车主动安全，具体而言，涉及后轮主动转向系统及车辆稳定性控制方法、系统、介质。

背景技术：

1、后轮转向技术是一种通过主动控制后轮转向角，提高车辆的高速操纵稳定性和行驶安全性的控制方法。通过改变后轮转角，对车辆的横向侧滑和横摆运动进行控制，以改善车辆转向时的瞬态响应。当车辆高速行驶时，采用前后轮同相位转向，可减小车辆横摆角速度与侧向加速度及车辆的质心侧偏角，提高车辆的循迹能力和车辆稳定性。

2、现有的后轮转向系统大多只工作在中低速或高附路面工况，对高速低附等危险工况的处理能力有限，其安全性能也受到限制。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供后轮主动转向系统及车辆稳定性控制方法、系统、介质，来解决现有技术中的上述问题，进一步改善后轮主动转向系统的性能，本发明利用行驶工况识别和失稳紧急干预，设计了一种易于实现且适用于不同路面的后轮主动转向系统及控制方法，通过控制系统对转向电机的闭环反馈控制，使得车辆始终工作在安全状态。

2、本发明的实施例通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了基于后轮主动转向系统的车辆高速稳定性控制方法，包括：

4、获取系统计算参数，通过系统计算参数获得危险工况识别的临界车速、车辆侧偏角与侧偏角速度；

5、通过临界车速、车辆侧偏角与侧偏角速度，设置车辆侧滑失稳风险阈值、车辆横摆失稳风险阈值和车辆侧滑横摆耦合失稳风险阈值；

6、获取当前车辆行驶参数，通过车辆侧滑失稳风险阈值、车辆横摆失稳风险阈值和车辆侧滑横摆耦合失稳风险阈值，对当前车辆行驶参数进行车辆失稳风险评估，判断当前车辆是否存在失稳风险；

7、若存在失稳风险，根据车辆行驶状态实时计算期望的后轮转角；

8、获取齿条位置信号和实际的后轮转角，根据期望的后轮转角与实际的后轮转角之间的偏差对电机进行闭环反馈控制，并输出后轮转角调整信号；

9、若未存在失稳风险，则不输出信号。

10、在本发明的一实施例中，所述计算参数获得危险工况识别的临界车速、车辆侧偏角与侧偏角速度包括：

11、

12、式中，v0为临界车速，a为车辆质心到前轴的距离，b为车辆质心到后轴的距离，l为车辆轴距，m为整车质量，caf和car分别为前后轮胎偏侧刚度，vx为本车速度,ω为横摆角速度，iz为整车绕z轴转动惯量，vy为车辆横向速度，δf为前轮转角，δr为后轮转角。

13、在本发明的一实施例中，所述设置车辆侧滑失稳风险阈值包括前后轮胎侧滑约束和车辆质心侧偏运动约束：

14、获取当前车辆质心侧偏角，判断车辆质心侧偏角是否满足下式：

15、

16、

17、式中，αfmax为前轮最大偏侧角，αrmax为后轮最大偏侧角，β为车辆质心侧偏角,ω为横摆角速度；

18、若满足，则输出车辆无失稳风险，若不满足，则输出车辆有无失稳风险。

19、在本发明的一实施例中，所述设置车辆横摆失稳风险阈值包括：

20、获取轮胎侧向力饱和效应所得到的横摆角速度边界和在轮胎附着极限下的横摆角速度，建立车辆横摆失稳风险阈值：

21、

22、式中，ω为横摆角速度，为横摆角速度边界，为轮胎附着极限下的横摆角速度；

23、获取当前横摆角速度，并判断是否满足横摆失稳风险阈值，若满足，则输出车辆无失稳风险，若不满足，则输出车辆有失稳风险。

24、在本发明的一实施例中，所述车辆侧滑横摆耦合失稳风险阈值包括：

25、根据轮胎侧向力饱和效应所得到的车辆操纵稳定性边界，建立车辆安全行驶时的横向车速与横摆角速度包络区；

26、通过横向车速与横摆角速度包络区、质心侧偏角和侧偏角速度，建立车辆侧滑横摆耦合失稳风险阈值：

27、

28、式中，b1和b1为实车运行情况标定的参数表数据，为质心侧偏角速度。

29、在本发明的一实施例中，所述计算期望的后轮转角包括：

30、根据横向车速偏差pi反馈与横摆角速度偏差比例反馈建立后轮转角期望模型：

31、δr＝1∫e1dt+k2e1+3e2

32、式中，k1、k2和k3为反馈控制器的增益参数，e1为横向车速偏差，e2为横摆角速度偏差。

33、在本发明的一实施例中，还包括后轮转向角度约束：

34、

35、式中，μ为路面附着系数，δrmax为后轮转向最大角度,g为加速度。

36、第二方面，本发明还提供了基于后轮主动转向的车辆操纵稳定性提高系统，包括：

37、计算模块，被配置为获取系统计算参数，通过系统计算参数获得危险工况识别的临界车速、车辆侧偏角与侧偏角速度；

38、阈值设置模块，被配置为通过临界车速、车辆侧偏角与侧偏角速度，设置车辆侧滑失稳风险阈值、车辆横摆失稳风险阈值和车辆侧滑横摆耦合失稳风险阈值；

39、失稳判断模块，被配置为获取当前车辆行驶参数，通过车辆侧滑失稳风险阈值、车辆横摆失稳风险阈值和车辆侧滑横摆耦合失稳风险阈值，对当前车辆行驶参数进行车辆失稳风险评估，判断当前车辆是否存在失稳风险；

40、执行反馈模块，被配置为若存在失稳风险，根据车辆行驶状态实时计算期望的后轮转角；获取齿条位置信号和实际的后轮转角，根据期望的后轮转角与实际的后轮转角之间的偏差对电机进行闭环反馈控制，并输出后轮转角调整信号；若未存在失稳风险，则不输出信号；

41、主控系统，所述主控系统与计算模块、阈值设置模块、失稳判断模块和执行反馈模块连接，用于执行上述的基于后轮主动转向系统的车辆高速稳定性控制方法。

42、第三方面，本发明还提供了一种后轮主动转向系统，包括齿条位置传感器、后轮转向执行模块和控制模块，所述齿条位置传感器和所述后轮转向执行模块与所述控制系统连接；

43、所述齿条位置传感器，用于采集转向器的齿条位置信号；

44、所述控制模块包括风险预测模块和电机控制模块，所述风险预测模块包括上述基于后轮主动转向的车辆操纵稳定性提高系统，用于识别车辆是否存在失稳风险；

45、所述电机控制模块用于接收风险预测模块的控制信号；

46、所述后轮转向执行模块，用于接收电机控制模块的输出，驱动汽车后轮进行转向。

47、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于后轮主动转向系统的车辆高速稳定性控制方法。

48、在本发明的一实施例中，

49、本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

50、采用本发明提供的方法或系统，包括齿条位置传感器、控制模块、后轮转向执行器；所述传感器与转向器固连，所述控制系统主要由上下两层组成，上层为风险预测层，根据整车动力学模型和底盘运动状态信号进行车辆失稳风险预测，下层为电机控制层，当识别出车辆存在失稳风险时控制后轮转向执行器进行紧急干预，以提高车辆高速操纵稳定性；当车辆存在失稳风险时，所述控制系统根据车辆行驶状态实时计算期望的后轮转角，通过齿条位置传感器实时采集的齿条位置信号和后轮转向结构特性查表得到实际的后轮转角，控制系统根据期望的后轮转角与实际的后轮转角之间的偏差对电机进行闭环反馈控制，使得车辆始终工作在安全状态。该后轮主动转向控制方法利用行驶工况识别和失稳紧急干预，很好地解决了车辆高速行驶安全性的问题，并在各种不同路面、不同胎压、不同车速时都可以达到理想的控制效果。

51、该后轮主动转向控制方法根据整车动力学模型和底盘运动状态信号进行车辆失稳风险预测，实现了车辆行驶工况识别和失稳紧急干预，很好地解决了车辆高速行驶安全性的问题，并在各种不同路面、不同胎压、不同车速时都可以达到理想的控制效果。

52、当车辆存在失稳风险时，所述控制系统根据车辆行驶状态实时计算期望的后轮转角，通过齿条位置传感器实时采集的齿条位置信号和后轮转向结构特性查表得到实际的后轮转角，控制系统根据期望的后轮转角与实际的后轮转角之间的偏差对电机进行闭环反馈控制，使得车辆始终工作在安全状态。