本發(fā)明屬于商用車主動安全領(lǐng)域，尤其涉及一種基于聯(lián)合預(yù)警的電動重卡主動防側(cè)翻控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、電動重卡作為物流運輸領(lǐng)域的重要力量，近年來隨著環(huán)保政策的推動和技術(shù)的不斷進(jìn)步，其市場占有率也逐步提升。然而，電動重卡在高重心設(shè)計、重載行駛以及復(fù)雜路況下的穩(wěn)定性問題也更加凸顯，側(cè)翻事故時有發(fā)生，這不僅給駕駛員的生命安全帶來嚴(yán)重威脅，也給貨物運輸和道路交通帶來巨大風(fēng)險。

2、針對電動重卡側(cè)翻問題，側(cè)翻預(yù)警技術(shù)能夠通過傳感器實時監(jiān)測車輛狀態(tài)，如橫向加速度、側(cè)傾角等，當(dāng)檢測到車輛有側(cè)翻風(fēng)險時，會向駕駛員發(fā)出警告，以便其及時采取措施避免事故發(fā)生；其次主動防側(cè)翻技術(shù)能夠顯著提升車輛行駛的安全性，有效預(yù)防側(cè)翻事故的發(fā)生，該技術(shù)通過實時監(jiān)測車輛狀態(tài)，精準(zhǔn)預(yù)測側(cè)翻風(fēng)險，并在關(guān)鍵時刻自動調(diào)整車輛姿態(tài)或采取制動措施，避免側(cè)翻事故的發(fā)生，從而確保駕駛員和貨物的安全。

3、目前側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)主要采用橫向載荷轉(zhuǎn)移率或零力矩點指標(biāo)，基于橫向載荷轉(zhuǎn)移率的側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)預(yù)警側(cè)翻風(fēng)險的方式簡單直接，但預(yù)警不夠精細(xì)，基于零力矩點的側(cè)翻預(yù)警系統(tǒng)檢測精度高，但計算復(fù)雜，不適用于復(fù)雜工況。主動防側(cè)翻控制主要有主動轉(zhuǎn)向、主動懸架控制、差動制動控制等，主動轉(zhuǎn)向?qū)τ趥?cè)翻風(fēng)險較小的情況下，通過輸出附加前輪轉(zhuǎn)角來抑制側(cè)翻，但難以應(yīng)對側(cè)翻風(fēng)險程度較大的情況；主動懸架控制或差動制動控制能夠有效抑制側(cè)翻風(fēng)險較大的情況，但應(yīng)對側(cè)翻風(fēng)險較小的場景下影響行駛效率和舒適性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于聯(lián)合預(yù)警的電動重卡主動防側(cè)翻控制系統(tǒng)及控制方法，本發(fā)明給出的技術(shù)方案，通過橫向載荷轉(zhuǎn)移率和零力矩點聯(lián)合判斷車輛側(cè)傾程度并計算出預(yù)警時間，再通過預(yù)警時間與閾值的比較采用前輪轉(zhuǎn)向和主動懸架或差動制動和主動懸架兩兩結(jié)合的防側(cè)翻協(xié)調(diào)控制來防止車輛的側(cè)翻。

2、本發(fā)明公開了一種基于聯(lián)合預(yù)警的電動重卡主動防側(cè)翻控制系統(tǒng)，包括車輛運動狀態(tài)獲取模塊、側(cè)翻指標(biāo)數(shù)值計算模塊、防側(cè)翻預(yù)警模塊和防側(cè)翻集成控制模塊；

3、所述的車輛運動狀態(tài)獲取模塊用于獲取前輪轉(zhuǎn)角、橫擺角速度、縱向車速、側(cè)向加速度、車身側(cè)傾角和側(cè)傾角加速度，并將所獲取到信號發(fā)送給側(cè)翻指標(biāo)數(shù)值計算模塊；

4、所述的側(cè)翻指標(biāo)數(shù)值計算模塊包括橫向載荷轉(zhuǎn)移率ltr計算子模塊、零力矩點zmp計算子模塊、側(cè)翻時間ttr計算子模塊。

5、作為優(yōu)選的實施例，在所述的橫向載荷轉(zhuǎn)移率ltr計算子模塊中，計算ltr的公式如下：

6、

7、零力矩點zmp計算子模塊中計算zmp的公式如下：

8、

9、式中，m為整車質(zhì)量，ay為側(cè)向加速度，ms為簧上質(zhì)量，h為簧上質(zhì)量質(zhì)心到側(cè)傾軸的距離，為車身側(cè)傾角，mu為簧下質(zhì)量，hu為簧下質(zhì)量質(zhì)心到側(cè)傾軸的距離，hr為側(cè)傾軸到地面的高度，ix為簧上質(zhì)量繞側(cè)傾軸的轉(zhuǎn)動慣量，b為輪距。

10、作為優(yōu)選的實施例，側(cè)翻時間ttr計算子模塊中側(cè)翻時間ttr的計算通過迭代的方式完成，過程如下：

11、設(shè)定中間量x值為0。在計算循環(huán)開始后迭代次數(shù)n值為實際循環(huán)次數(shù)減去1得到，即第一次循環(huán)時n＝0，第二次循環(huán)時n＝1，依此類推。在每一次循環(huán)過程中，第一步計算當(dāng)前車輛ltr值、zmp值并進(jìn)行判斷，若ltr或zmp的絕對值大于等于1，則說明車輛已經(jīng)發(fā)生側(cè)翻，側(cè)翻時間ttr值為n×t，t為迭代步長。若ltr、zmp的絕對值均小于1，則說明車輛沒有發(fā)生側(cè)翻；若n×t大于等于側(cè)翻預(yù)警上限時間tmax，則說明在設(shè)定的預(yù)測時間內(nèi)車輛沒有側(cè)翻傾向，此時車輛沒有側(cè)翻風(fēng)險；若n×t小于tmax值，則計算進(jìn)入新的循環(huán)，

12、所述的防側(cè)翻預(yù)警模塊用于將側(cè)翻指標(biāo)數(shù)值計算模塊計算出的ttr值與閾值比較，根據(jù)比較的結(jié)果發(fā)出不同的預(yù)警信號。

13、作為優(yōu)選的實施例，預(yù)警信號分為三種：信號0，信號1，信號2。信號0表示無控制，信號1表示主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和主動懸架系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，信號2表示差動制動系統(tǒng)和主動懸架系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制。

14、作為優(yōu)選的實施例，所述的防側(cè)翻集成控制模塊包括協(xié)調(diào)控制器、主動轉(zhuǎn)向控制子系統(tǒng)、主動懸架控制子系統(tǒng)、差動制動控制子系統(tǒng)和協(xié)調(diào)控制器；

15、作為優(yōu)選的實施例，所述的主動轉(zhuǎn)向控制子系統(tǒng)包括基于滑?？刂扑惴?smc)的主動轉(zhuǎn)向防側(cè)翻控制器，控制器輸入為理想橫擺角速度、理想質(zhì)心側(cè)偏角、實際橫擺角速度和實際質(zhì)心側(cè)偏角，輸出量為理想附加前輪轉(zhuǎn)角。

16、控制輸出如下：

17、

18、式中，δ為前輪轉(zhuǎn)角，δδ為附加前輪轉(zhuǎn)角，ε和kω為滑模控制器參數(shù)，vx為縱向車速，ω和ωd分別表示為車輛實際橫擺角速度和理想橫擺角速度，β為車輛質(zhì)心側(cè)偏角，iz為車輛橫擺轉(zhuǎn)動慣量，a和b分別表示為車輛質(zhì)心到前、后軸的距離，k1和k2分別表示為車輛前、后輪的等效側(cè)偏剛度，ρ為橫擺角速度誤差和質(zhì)心側(cè)偏角誤差的權(quán)重系數(shù)。

19、作為優(yōu)選的實施例，所述的主動懸架控制子系統(tǒng)包括基于pid控制算法的主動懸架防側(cè)翻控制器，控制器輸入為理想側(cè)傾角和實際側(cè)傾角的差值，輸出量為主動懸架最優(yōu)作動力，

20、理想側(cè)傾角公式如下所示：

21、

22、式中，vx為縱向車速，ωz為車身橫擺角速度，g為重力加速度，為實際側(cè)傾角；

23、pid控制的算法表達(dá)式如下所示：

24、

25、式中，e(t)為理想側(cè)傾角和實際側(cè)傾角的差值，kp、ki、kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)。

26、作為優(yōu)選的實施例，所述的差動制動控制子系統(tǒng)包括基于線性二次型狀態(tài)調(diào)節(jié)器(lqr)控制算法的差動制動防側(cè)翻控制器，選取車輛的穩(wěn)定性控制目標(biāo)為橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角，根據(jù)lqr最優(yōu)控制產(chǎn)生理想的附加橫擺力矩，再通過差動制動邏輯控制相應(yīng)的制動力。

27、本發(fā)明還公開了一種基于聯(lián)合預(yù)警的電動重卡主動防側(cè)翻控制方法，包括以下步驟：

28、步驟s1、獲取車輛狀態(tài)；

29、步驟s2、根據(jù)步驟s1得到的車輛狀態(tài)，經(jīng)防側(cè)翻數(shù)值計算模塊生成側(cè)翻時間ttr；

30、步驟s3、通過側(cè)翻時間ttr的值與閾值的比較輸出不同的預(yù)警信號；

31、步驟s4、根據(jù)步驟s3得到的預(yù)警信號采取不同的系統(tǒng)進(jìn)行防側(cè)翻協(xié)調(diào)控制。

32、10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于聯(lián)合預(yù)警的電動重卡主動防側(cè)翻控制方法，其特征在于，在步驟s1中，獲取的車輛狀態(tài)為：前輪轉(zhuǎn)角，縱向車速，橫擺角速度，側(cè)向加速度，側(cè)傾角度和側(cè)傾角加速度。

33、11、根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于聯(lián)合預(yù)警的電動重卡主動防側(cè)翻控制方法，其特征在于，在步驟s3中，通過側(cè)翻時間ttr預(yù)警的過程如下：

34、s3.1、若側(cè)翻時間ttr≥閾值1，則此時車輛沒有側(cè)翻風(fēng)險，輸出控制信號0，對車輛不施加防側(cè)翻控制，否則進(jìn)入步驟s3.2；

35、s3.2、若閾值2≤側(cè)翻時間ttr＜閾值1，則此時車輛有較小的側(cè)翻風(fēng)險，輸出預(yù)警信號1，采取主動轉(zhuǎn)向和主動懸架系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，否則進(jìn)入步驟s3.3；

36、s3.3、若側(cè)翻時間ttr＜閾值2，則此時車輛有較大的側(cè)翻風(fēng)險，輸出預(yù)警信號2，采取差動制動和主動懸架系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制。

37、本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下效果：

38、本發(fā)明設(shè)計了一種基于聯(lián)合預(yù)警的電動重卡主動防側(cè)翻系統(tǒng)及控制方法，通過橫向載荷轉(zhuǎn)移率和零力矩點聯(lián)合判斷車輛側(cè)傾程度并計算出預(yù)警時間，再通過預(yù)警時間與閾值的比較采用前輪轉(zhuǎn)向和主動懸架或差動制動和主動懸架兩兩結(jié)合的防側(cè)翻協(xié)調(diào)控制，提高了評估車輛側(cè)傾程度的準(zhǔn)確性以及車輛的防側(cè)翻性能，從而大大提高車輛的穩(wěn)定性和安全性。