极限工况车辆非线性模糊MPC控制

针对应急转向下车辆的横摆稳定性和侧倾稳定性,研究前轮主动转向(active front-wheel steering,AFS)和直接横摆力矩(direct yaw-moment control,DYC)的非线性模型预测MPC集成控制.考虑轮胎侧偏刚度非线性变化,采用Takagi-Sugeon方法(T-S)建立4个车辆横摆-侧倾线性子系统,结合模糊观测器实时获取轮胎动态参数.为消除侧倾稳定性能约束,在T-S框架下建立改进横摆理想参考模型,引入侧倾稳定指标约束期望横摆角速度.根据横摆角速度、质心侧偏角、侧倾姿态的跟踪偏差和控制输入建立二次型评价函数,以驾驶员转向扰动为评价函数附加项,构建无限预测时域MPC最优性能指标,基于分布补偿方法设计非线性系统的模糊控制器MPC-TS,并根据轮胎侧偏特性设计自适应主动转向约束.通过LMIs方法将无限时域的非线性MPC控制转化凸优化过程,推导子系统转向扰动最小值问题的线性不等式.最后联合Trucksim-Simulink软件进行仿真测试,以Sine with Dwell和Fishhook曲线为驾驶员输入模拟应急转向过程,结果表明:在驾驶员应急转向的强非线性过程,MPC-TS方法能够显著增强横摆稳定性和侧倾稳定性,并适应低附和高附着路面.