基于滑模观测器的汽车轮胎力级联估计方法

提出了一种新型的基于滑模观测器理论的汽车轮胎力级联估计方法．首先基于单轮滚动动力学模型,以车轮转动角速度及驱动力矩作为输入,针对每个车轮的纵向轮胎力设计了纵向轮胎力滑模观测器．又采用了简化的车辆2自由度模型,以纵向轮胎力估计值、 前轮转角、 侧向加速度及横摆角速度作为输入,分别设计了前、 后轴侧向轮胎力滑模观测器．最后,为验证所设计的观测器的有效性,应用高保真车辆动力学软件veDYNA进行了仿真研究,并与扩展卡尔曼滤波（extendedKalman filter,EKF）方法进行了对比分析．实验结果表明,基于滑模观测器的车辆轮胎力级联估计方法具有更高的准确性．     

车辆稳定控制中的合力计算与分配

控制地面作用于车辆的纵侧向合力与横摆转矩并将其分配到4个车轮,是车辆平面运动稳定控制的方法之一.路面的附着极限决定了合力与横摆转矩的可行域,是该方法的约束条件.本文分析了轮胎的受力特点,在摩擦椭圆理论的基础上,给出了简化的纵侧向力耦合关系.利用非线性规划方法和大量的数值计算,解决纵向合力与横摆转矩可行域的实时估计问题.构造了一种控制结构,外环控制器计算可行的纵向合力与横摆转矩;内环控制器首先将纵向合力优化分配到4个车轮,然后通过调节前轮转角使横摆转矩跟踪期望值.仿真结果表明,采用本文提出的方法对车辆进行控制,能够实现横摆角速度的快速准确跟踪,并使车辆具有良好的操纵稳定性.     

基于Uni-Tire轮胎模型的车辆质心侧偏角估计

针对车辆质心侧偏角估计的准确性和实时性能问题,提出了车辆质心侧偏角估计的非线性全维观测器设计方法.首先基于车辆动力学模型及纵滑-侧偏联合工况下的Uni-Tire轮胎模型,利用车载传感器测量车辆状态;观测器利用这些状态估计出车辆的纵向速度、侧向速度及横摆角速度,并由此得到车辆的质心侧偏角估计.其次利用输入-状态稳定(input-to-state stability,ISS)理论对观测器的稳定性进行了分析.最后采用红旗CA7180A3E型轿车的车辆参数使用车辆仿真软件veDYNA对极限工况下的估计结果进行了离线仿真研究,并利用xPC-Target仿真环境和dSPACE实时仿真系统搭建仿真平台,对非线性全维观测器的实时性进行验证.仿真结果表明,非线性估计方法估计精度较高,实时性较好,可以满足工程应用的要求.     

基于信息融合技术的车辆行驶状态估计

针对车辆行驶状态估计问题,基于扩展卡尔曼滤波(EKF)理论设计了汽车横摆角速度、质心侧偏角和纵向车速的估计算法.建立了车辆非线性三自由度估算模型,应用扩展卡尔曼滤波对纵向加速度、侧向加速度和方向盘转角低成本传感器信号的信息融合,实现对车辆行驶状态的准确估计.选择高速双移线工况,通过CarSim与Matlab/Simulink联合仿真对算法进行仿真验证.结果表明:算法能够准确估计车辆的横摆角速度、质心侧偏角和纵向车速,并具有良好的实时性.     

分布式汽车驱动力能量效率优化分配控制

充分利用分布式驱动汽车信息源多的特点,根据扩展卡尔曼滤波算法（EKF）建立观测器对车轮侧向力进行在线估计。通过改进的车辆线性二自由度模型制定系统控制目标,依据车轮侧向力观测值设计了基于滑模变结构控制的直接横摆力矩控制器。全轮驱动力综合优化分配策略同时考虑了轮胎负荷率与驱动电机效率,完成了对车轮稳定性与能量效率的耦合控制。通过Carsim-Matlab/Simulink的仿真表明,整个系统实现了对车轮侧向力的准确估计,提高了目标直接横摆力矩计算的准确性。驱动力综合优化分配在提高车辆路面附着余量的同时也提高了各驱动电机的综合效率,进一步提高了车辆的能量利用效率。     

汽车行驶稳定性动力学优化控制仿真研究

汽车行驶稳定动力学优化控制,旨在通过确定汽车行驶状态下纵向车速、横摆角速度、质心侧偏角等重要的状态变量,提前预知汽车未来时刻的可能的行驶状态,并将其输送到汽车底盘主动控制系统,实现动力学优化控制,提高汽车的主动安全性,减少道路交通事故.寻找一种低成本、高精度且能够实时获得车辆重要状态参数的方法,是汽车稳定行驶动力学优化控制的关键技术之一.利用Madab/Simulink仿真工具,分别建立了汽车动力学仿真模型和车辆行驶状态Kalman滤波估计仿真模型,可以同时实现对车辆行驶状态的仿真和对车辆行驶过程中横摆角速度、侧向加速度和质心侧偏角的估计,并且模型具有可扩展性.最后进行了实车场地试验,完成了阶跃曲线、双移线等操作,通过模型仿真、试验数据和状态估计结果的比较得出,三者一致性较好,同时验证了车辆动力学仿真模型和状态估计算法仿真模型的有效性和通用性.     

轮胎均匀磨损建模与仿真

建立了轮胎均匀磨损模型并进行了仿真.在已有轮胎刷子模型的基础上建立轮胎接地模型,和轮胎运动模型结合起来,建立了可预测轮胎均匀磨损的稳态模型.磨损量是表征轮胎磨损程度的关键指标,通过分析从能量的角度对磨损量进行了初步估算.轮胎磨损模型主要考虑了轮胎力学特性,通过仿真分析了纵向力、侧向力和侧偏角对磨损量的影响趋势,得出了应着重于轮胎侧向力学特性来控制轮胎磨损量的结论,因此对车轮定位参数优化能更好地减少轮胎磨损.所建模型有利于进一步研究轮胎瞬态磨损和偏磨损.     

山区道路车辆动力学模型与行车安全分析

针对道路的几何线形,特别是纵坡坡度与弯道半径对车辆行驶状态的影响,建立了车路耦合的8自由度山区道路行驶的车辆动力学模型以及Dugoff轮胎力模型.结合车载GPS/IMU的测量信息,解算了不同车轮的滑移率以及垂直载荷,并通过横向载荷转移率(LLTR)对车辆的行驶稳定性进行分析.结果表明:车辆行驶过程中的侧向加速度与道路纵坡坡度以及车辆重心高度与宽度的比率h/T有关,坡度越陡,h/T越大,侧向加速度越大,车辆的行驶稳定性越差,降低车辆的行驶速度与侧向加速度可提高车辆的行驶稳定性.     

高速转向工况下的无人驾驶车辆路径跟踪

为提高无人驾驶车辆在高速转向工况下的路径跟踪精度与行驶稳定性,基于三自由度单轨车辆模型与模型预测控制理论,分析前轮转角约束对车辆跟踪精度与行驶稳定性的影响,提出一种自适应于侧向附着力的路径跟踪控制方法.以Pacejka'89魔术公式轮胎模型为基础,分析轮胎纵向受力,以此推算轮胎的侧向附着力,从而建立前轮转角约束随车辆状...     

后轴双电机扭矩矢量控制研究

车辆的横摆响应受到转向系统、悬架系统、制动系统及驱动系统影响,传统车辆主要以转向输入进行主动控制,随着线控底盘的发展,ESC、后轮转向、扭矩矢量等技术逐步参与到车辆横摆的主动控制中;相对于ESC以制动力差产生横摆力矩,扭矩矢量可在不降低总驱动力的前提下产生横摆力矩,不会引起车辆的制动效应;通过后轴双电机扭矩矢量控制（TVC）产生主动横摆力矩,旨在改善车辆横摆响应,TVC采用前馈与反馈结合控制,基于二自由度车辆模型、目标稳态增益K及横摆角速度-速度修正因子K1建立目标横摆角速度;利用车辆模型逆函数计算横摆力矩前馈值,PID计算横摆力矩反馈值,总横摆力矩转换得到左右车轮纵向力调整量;纵向力调整量与驱动力分量叠加获得左右轮总纵向力;左右轮驱动力过大时可能会受到滑移率、电机扭矩等限制,为保证横摆力矩偏差在要求范围内,需要根据限制情况对左右轮纵向力进行调整;通过仿真验证,TVC可明显改变车辆横摆响应     

基于状态反馈的线控转向系统控制策略研究

研究汽车转向稳定性控制问题.针对线控转向系统的可变转向特性对汽车操纵稳定性的影响,为保证行驶安全,建立基于车辆横摆角速度与稳态横摆角速度之差(反馈系数F1)以及车辆侧向加速度与理想侧向加速度之差(反馈系数F2)反馈的驾驶员模型.结合整车模型和综合评价指标函数,分别对反馈系数F1(F2=0)、F2(F1 =0)和F1、F2进行优化,对线控转向系统的行驶状态进行仿真并与无反馈控制的驾驶员模型进行了比较.仿真试验结果表明:基于侧向加速度与横摆角速度共同反馈的方法,对前轮转角进行补偿,可较好的控制车辆的侧向位移、侧向加速度、横摆角速度和质心侧偏角,提高车道跟踪性能、方向稳定性能、降低驾驶员的转向负担,提高汽车的操纵稳定性.     

高速4WID-4WIS自主车路径跟踪控制

高速4WID-4WIS自主车采用独立悬挂结构,所有车轮均可独市驱动、制动和转向.对自主车路径跟踪问题进行几何和运动学上的描述,结合Burckhardt非线性轮胎模型建立自主车作路径跟踪运动时的2阶动力学模型,提出自主车进行路径跟踪的协调控制体系结构,利用白抗扰控制方法设计路径跟踪系统纵向速度、侧向位移和横摆角运动3个动...     

汽车质量与道路坡度串行估计方法

汽车质量与道路坡度是汽车主动安全控制系统的重要参数.提出一种汽车质量与道路坡度串行估计算法.根据汽车质量与道路坡度变化的快慢进行分层串行估计,将缓慢变化的汽车质量作为第一层的估计输出,将快速变化的道路坡度作为第二层的估计输出.基于纵向动力学,首先由轮胎驱动力矩与横摆角速度通过递推最小二乘法(Recursive Least Squares,RLS)算法进行第一层的汽车质量估计;接着将估计得到的汽车质量代入至第二层牛顿迭代法进行道路坡度估计.与传统的自适应估计方法相比,提出的算法可以减少实时估计参数的耦合效应,且不需要额外的传感器;最后通过仿真及模型车辆道路试验对所提出的算法进行验证,仿真及试验结果表明:所提出的辨识算法能够准确实时地估计汽车质量与道路坡度.     

汽车电子稳定程序模糊控制仿真

关于汽车安全和稳定性问题,针对汽车电子稳定程序(Electronic stability program,ESP)是一种主动安全系统.为了提高汽车在转向工况下的侧向稳定性,采用快速控制原型的方法,建立了基于H.B.Pacejka 轮胎模型的三自由度整车模型和车辆参考模型.选取车辆横摆角速度和质心侧偏角作为综合控制变量,设计了模糊控制器,并对某款车型进行了离线仿真和在线实时仿真.结果表明,设计的控制器可以很好的控制汽车的横摆角速度和质心侧偏角.改进后的方法可以提高控制系统的实时性和稳定性,为ESP的快速开发提供了参考依据.     

基于动力学模型的汽车制动稳定性虚拟展示

现有3D引擎的物理模型不能真实反映车辆制动时的运动状态。为此,提出一种汽车制动稳定性虚拟展示系统。建立汽车动力学模型,包括四轮车辆模型和车轮轮胎模型,利用上层仿真软件对动力学模型进行运算和虚拟场景渲染,给出车轮状态和虚拟仪表的展现方法,并基于3D引擎设计虚拟展现系统。实验结果表明,该系统能同时观测整车及车轮的运行状态,实时再现制动过程中车轮抱死、车身横摆侧滑的行为,其动力学模型能够满足虚拟展现对画面渲染的实时性、连续性要求。     

基于滑模观测器的车辆电子稳定性控制系统故障重构

针对车辆电子稳定性控制系统的横摆角速度传感器和侧向加速度传感器故障检测和重构问题,使用T-S模糊系统建立了车辆动力学系统的全局模型,依据滑模控制理论,给出了基于滑模观测器的传感器故障检测和重构方法,且所设计观测器满足给定的从未知输入到故障重构误差的L2增益性能要求.最后通过实测数据,验证了方法是可行的.     

汽车横摆的动态模型

建立横摆动态模型是汽车横摆稳定控制的基础．本文根据汽车横摆稳定控制的特点,综合车身横摆动态,车轮动态和轮胎的非线性特性,建立了非线性离散横摆动态模型,其中轮胎摩擦力为时变参数．为了估计本模型中的时变参数,本文进而设计了离散滑模估计器估计轮胎摩擦力．最后,在一个高精度的汽车动力学仿真环境中,证实了本估计方法可有效地估计车轮摩擦力,所建立模型较为准确地反映汽车横摆动态．     

三轴转向车辆侧向稳定性控制策略分析

关于汽车转向稳定性能优化问题,根据三轴转向车辆线性二自由度动力学模型,推导了基于质心零侧偏角控制策略的三轴转向车辆各动力学参数与转向中心纵向位移的关系;结合整车侧向稳定性条件,通过分析转向中心纵向位移对整车侧向稳定性和转向灵活性的影响,得出了转向中心纵向位移临界值和前轮过渡角的表示公式;根据整车侧向稳定性条件和适度质心侧偏角条件,提出了质心零侧偏角调度控制策略;利用MATLAB对质心零侧偏角控制策略和质心零侧偏角调度控制策略进行了定量对比分析,结果证明理论分析的一致性.     

耦合车轮导向机理分析及导向性能对比研究*

不同耦合方式的车轮,其车辆的导向性能有明显不同.建立传统轮对、独立旋转车轮、纵向耦合轮对和弹性阻尼耦合轮对转向架动力学模型,分析其导向机理及纵向蠕滑力的产生,通过仿真确定不同耦合方式车轮车辆的曲线通过规律.计算结果表明传统轮对能够产生同位车轮大小相等、方向相反的纵向蠕滑力且导向能力最优;独立旋转车轮不能产生纵向蠕滑力,通过曲线时只能依靠轮缘进行导向;纵向耦合轮对产生同侧前后大小相等、方向相反的纵向蠕滑力,导向能力优于独立旋转车轮;弹性阻尼耦合轮对产生的纵向蠕滑力规律与传统轮对纵向蠕滑力规律基本一致,其导向性能略差于传统轮对,优于纵向耦合轮对.     

基于轮胎状态刚度预测的极限工况路径跟踪控制研究

为解决高速极限工况下自动驾驶车辆紧急避撞时传统路径跟踪控制方法因轮胎力表达不精确导致的路径跟踪失败问题, 提出一种基于轮胎状态刚度预测的模型预测路径跟踪控制方法. 首先, 基于非线性UniTire轮胎模型求解的轮胎状态刚度对非线性轮胎力进行线性化处理. 其次, 基于期望路径信息提出状态刚度预测方法, 实现预测时域内轮胎力的预测和线性化. 最后, MATLAB和CarSim联合仿真实验表明: 所提出的方法能够明显改善高速极限工况下的避撞控制效果.