低附路面汽车动力学稳定性控制系统控制策略

分析低附条件下轮胎－路面的附着特性和轮胎力特性,建立基于HSRI轮胎模型的四轮2自由度模型,分析汽车在实际工况下的动力学稳定特性。应用β法分析汽车车身稳定性控制的可控区间,结合车身稳定特性、前后轴稳定特性、轮胎稳定特性,确定低附路面上汽车动力学稳定性控制系统对侧偏角、横摆角速度状态偏差的控制目标。基于上述分析开发出低附路面汽车动力学稳定性控制策略,并通过仿真和实车试验验证了控制效果。     

ESP的优越性

汽车电子稳定系统或动态偏航稳定控制系统（Electronic Stability Program,ESP）是防抱死制动系统ABS、驱动防滑控制系统ASR、电子制动力分配系统EBD、牵引力控制系统TCS和主动车身横摆控制系统AYC（Active Yaw Control）等基本功能的组合,是一种汽车新型主动安全系统。     

分数阶PID控制的四轮转向系统研究

为了提高四轮转向汽车的操纵稳定性,提出了一种基于分数阶PID横摆角控制策略。通过控制汽车实际横摆角速度与理想横摆角速度差值,优化汽车操作稳定性相关评价指标。分析了汽车四轮转向系统的动力学特性,利用MATLAB/Simulink建立了基于分数阶PID横摆角控制系统。通过对该系统进行数值仿真,获得了汽车操作稳定性各评价指标的响应曲线,将其与其他控制策略下的相应曲线及前轮转向系统的相应曲线进行对比,结果表明:采用分数阶PID横摆角控制策略,四轮转向汽车的质心侧偏角基本为零,横摆角速度与前轮转向汽车的横摆角速度基本一致,其操纵稳定性得到了提高。     

路况识别在车辆动力学稳定性控制中的应用

在分析现有的车辆动力学稳定性控制策略的基础上，提出了一种新的控制策略，构建了以横摆角速度为控制变量的反馈控制器和以路面附着系数μ构成的前馈控制器组成的联合控制系统，并建立了相应的车辆动力学仿真模型，通过仿真验证，得出联合控制系统比单独以横摆角速度为控制变量的控制系统的控制效果更好，对路面的适应能力更强。     

电动轮驱动汽车空间稳定性底盘协同控制

电动轮驱动汽车可以独立控制各车轮驱/制动力矩,并能够通过驱动、制动、转向和悬架系统的协同显著提升线控底盘的动力学控制能力,但车辆各子系统控制功能的简单叠加无法发挥整车控制能力。为改善线控底盘的整车稳定性控制效果,提出综合前轮主动转向、四轮差动驱动和悬架主动调控的空间稳定性协同控制方法。搭建整车动力学仿真平台,分析车辆失稳过程特征;构建底盘协同控制架构,计算出车辆状态期望值及主动悬架介入条件,设计出前轮主动转向和四轮差动驱动直接横摆力矩控制权重分配方法;设计出基于模型预测控制的前轮主动转向控制器、基于滑模变结构控制的直接横摆力矩控制器及基于非奇异终端滑模控制的主动悬架控制器并完成了仿真验证。研究表明,提出的底盘协同控制方法在不同附着条件路面上均能保证车辆安全、稳定行驶,所完成研究为线控底盘集成控制策略开发提供了新思路。     

基于博弈论的转向与驱动稳定系统协同控制

为了解决四轮转向（FWS）和主动驱动控制（ADC）两种并存底盘控制系统的潜在冲突问题,进一步提高车辆的横向稳定性,基于博弈论有关理论,提出了一种开环信息模式下转向与行驶稳定性控制系统的协同控制策略。为了实现协同控制策略,在博弈论架构内,将四轮转向（FWS）和主动驱动控制（ADC）两个相关控制系统视为两个博弈者,采用一种权值可调节的车轮转矩分配方法及内环加外环控制回路将博弈论的思想引入到协同控制系统中,同时采用微分博弈模型对两个子系统的动态交互进行建模和求解,用以实现基于博弈的两种底盘控制系统的协同配合控制。为了验证协同控制策略的有效性,对模型进行了Carsim/Simulink联合仿真测试。仿真结果表明,在侧滑角和横摆角速度相同及在较大转矩干预的情况下,基于博弈论的协同控制策略可以合理协调四轮转向（FWS）和主动驱动控制（ADC）两个相关控制系统的控制权限,使得微分博弈控制的响应幅值和对纵向动力学的影响比LQR控制的要小,能有效提高车辆的横向稳定性。     

分布式电动汽车协调控制方法研究

针对分布式电动汽车稳定性控制问题，提出了分布式电动汽车的横摆力矩控制与主动转向协调控制策略。采用分层控制的思想，输入信号层设计线性二自由度模型，根据车辆状态求解横摆角速度与质心侧偏角期望值。决策控制层应用模糊理论设计两输入两输出模糊控制器。分配执行层针对车速的不同设计四轮转向策略。选取单移线和双移线仿真工况，通过MATLAB/Simulink与CarSim联合仿真对控制策略进行了验证。结果表明：横摆力矩控制与主动转向协调控制策略能够有效改善汽车操纵稳定性和提高汽车行驶安全性。     

四轮独立驱动移动机器人的动力学滑模转弯控制

为解决四轮独立驱动移动机器人在转弯时易出现不稳定的问题,并提高其转弯性能,针对一种四轮独立驱动移动机器人,根据移动机器人各车轮转矩可单独控制的特点,首先,运用达朗贝尔原理建立以质心侧偏角和横摆角速度为状态变量的四轮独立转向动力学模型,然后,运用直接横摆力矩控制方法,设计以质心侧偏角和横摆角速度为控制系统状态变量的指数趋近律动力学滑模控制策略,以使移动机器人质心侧偏角控制在稳定范围内,且其横摆角速度能够很好地跟踪移动机器人期望运动轨迹。最后,通过基于Matlab/Simulink进行转向行驶控制仿真试验,结果表明,与前馈反馈控制方法相比,基于所建立动力学模型所设计滑模控制策略有效改善了移动机器人的转弯控制稳定性。     

新能源汽车主动四轮转向稳定性控制技术

针对无法在不同环境下改变控制规则，导致对汽车控制时获得的横摆角速度、质心侧偏角、车轮转角与理想模型偏差大，车身侧倾角大，存在控制性能差的问题，提出新能源汽车主动四轮转向系统稳定性控制方法。构建了汽车横向动力学模型、垂直运动模型、运动状态方程以及路面输入模型，设计了自适应模糊控制器，将可调因子引入自适应模糊控制器中，使控制器可以适用于不同环境，完成新能源汽车主动四轮转向系统的稳定性控制。实验结果表明，所提方法应用后，可实现汽车主动四轮转向系统稳定性控制。     

基于H∞理论的车辆稳定性控制

本文在比例四轮转向汽车模型的基础上，提出了一种新的汽车稳定性控制(VSC)方法来提高汽车的操纵稳定性，即在必要时通过控制改变汽车两侧轮胎的纵向力，从而形成直接横摆力矩控制(DYC)。通过模型跟踪控制技术，基于H∞控制理论，使用MATLAB—LMI工具箱设计系统反馈控制器，使得实际汽车模型在附加横摆力矩的作用下迅速跟踪理想模型。本文对控制系统在不同车速下的阶跃响应做了仿真，结果证明本控制方法对比普通四轮转向控制模型，使操纵稳定性得到较大提高。     

车辆动力学稳定性系统变结构滑模控制研究

探讨了转弯车辆行驶在极限运动工况下时，依靠施加各车轮不同纵向制动力从而产生辅助横摆力矩来提高车辆动力学稳定性的基本原理，推导了两自由度车辆横向动力学方程，提出了车辆侧滑速度的3种实时估计方案（积分法，代数法和Luenberger观察器法），视实际车辆前后轮胎侧偏刚度为有界不确定性参数，为跟踪线性两自由度理想车辆模型的稳态输出响应，设计了车辆动力学稳定性变结构控制策略，通过仿真验证了该方案可行性。     

Nonlinear observer and robust controller design for enhancement of vehicle lateral stability

This paper describes the design of a sliding mode controller to control wheel slip. A yaw motion controller (YMC), which uses a PID control method, is also proposed for controlling the brake pressure of the rear and inner wheels to enhance lateral stability. It induces the yaw rate to track the reference yaw rate, and it reduces a slip angle on a slippery road. A nonlinear observer is also developed to estimate the vehicle variables difficult to measure directly. The braking and steering performances of the anti-lock brake system (ABS) and YMC are evaluated for various driving conditions, including straight, J-turn, and sinusoidal maneuvers. The simulation results show that developed ABS reduces the stopping distance and increases the longitudinal stability. The observer estimates velocity, slip angle, and yaw rate very well. The results also reveal that the YMC improves vehicle lateral stability and controllability when various steering inputs are applied. In addition, the YMC enhances the vehicle safety on a split-μ road.     

双电机后驱车辆操纵稳定性分层混杂模型预测控制

为改善车辆在复杂工况下的操纵稳定性,解决低附着路面易失稳的问题,针对后驱双电机轮边驱动电动汽车提出一种结合直接横摆控制与主动转向控制的操纵稳定性控制策略。控制策略采用分层控制结构：上层控制器采用多输入多输出系统的模型预测控制,对目标附加横摆力矩与前轮主动转向角进行求解;下层转矩分配控制器采用混杂模型预测控制（hMPC）,将轮胎纵向力的非线性特征简化为分段的混杂系统,在分配驱动转矩时考虑车轮在不同工况下的滑转情况。搭建了基于dSPACE实时仿真系统的仿真平台,在高附着、低附着路面下进行半实物仿真试验。仿真结果表明,与二次规划（QP）转矩分配算法相比,高附着路面工况下平均相对误差减小了17.64%,方均根误差减小了42.86%,最大偏离误差相对减少了7.64%;低附着路面工况下可以有效防止车辆失稳,改善操纵稳定性。     

汽车TCS控制算法的研究

驱动力控制系统（Traction Control System,TCS）是在制动防抱死系统的基础上发展起来的一套主动安全控制系统,它根据汽车的行驶状况,通过采用适当的控制算法使汽车驱动轮在恶劣路面或复杂行驶条件下也能产生最佳的纵向驱动力,从而提高汽车的驱动性能和行驶稳定安全性能.通过时TCS控制原理的分析,明确滑转率的控制目标,结合TCS的控制方式,阐述TCS的常用控制算法,并对其进行比较,探讨TCS控制算法的选择依据和方法.     

基于ABS的车辆弯道稳定性控制仿真研究

车辆在低附着弯道路面上制动是一种非常危险的工况.本文从车辆在低附着弯道路面上制动整车受力的角度出发,分析了车辆弯道制动时ABS控制的不足,提出了车辆ABS与横摆力矩控制协调控制的制动力控制策略.利用模糊控制原理设计了横摆力矩控制器,在制动车辆ABS的基础上,通过对车辆的横摆力矩控制和车轮滑移率的调节,实现了制动过程中对附加横摆力矩的动态调整,从而可以在不增加硬件成本的条件下实现车辆在低附着弯道路面上制动的稳定控制.最后进行仿真试验验证了该控制方法的有效性.     

考虑路面附着和自适应时间系数影响的车道保持控制

分析了路面附着系数对车辆控制的影响,根据车辆线性二自由度模型与一定的预瞄信息获得车辆-道路动力学模型,并给出了基于Brush轮胎模型的路面附着系数估计算法。针对车道保持转向过程中的车身横摆角速度与转向角的时间延迟现象,提出与路面附着系数有关的自适应时间系数,并加入到车辆-道路动力学模型中。在此基础上,基于滑模控制理论设计横摆角速度滑模控制器来跟踪期望车辆状态,获得理想的转向角。最后,进行了基于CarSim/Simulink的仿真计算和硬件在环台架试验,研究结果表明,在不同路面附着系数下考虑自适应时间系数可改善车道保持控制效果。     

考虑路面影响的车辆稳定性控制质心侧偏角动态边界控制

路面附着系数与车辆稳定性控制的效果紧密联系,因此有必要在考虑路面影响的情况下设计一种能够适用于多种路面的质心侧偏角控制策略。在7自由度非线性动力学模型的基础上,由车轮侧向力与路面附着的关系,分析不同路面对质心侧偏角控制的影响。根据路面附着系数的不同,通过定义极限边界和线性区域边界,设计变化的动态质心侧偏角安全边界。根据横摆角速度增益判断车辆是否处于非线性状态,并在有逼近安全边界的趋势时提前施加控制,以避免产生由车轮纵向力增加引起的侧向力减小所造成的加剧车辆侧滑的趋势。基于非线性输入的滑模控制算法设计质心侧偏角控制器。通过Matlab/Simulink仿真和实车试验验证了该控制方法能够在不同附着路面条件下的有效地保证汽车的行驶稳定性。     

Estimation of Road Friction Coefficient in Different Road Conditions Based on Vehicle Braking Dynamics

The accurate estimation of road friction coefficient in the active safety control system has become increasingly prominent. Most previous studies on road friction estimation have only used vehicle longitudinal or lateral dynamics and often ignored the load transfer, which tends to cause inaccurate of the actual road friction coefficient. A novel method considering load transfer of front and rear axles is proposed to estimate road friction coefficient based on braking dynamic model of two-wheeled vehicle. Sliding mode control technique is used to build the ideal braking torque controller, which control target is to control the actual wheel slip ratio of front and rear wheels tracking the ideal wheel slip ratio. In order to eliminate the chattering problem of the sliding mode controller, integral switching surface is used to design the sliding mode surface. A second order linear extended state observer is designed to observe road friction coefficient based on wheel speed and braking torque of front and rear wheels.The proposed road friction coefficient estimation schemes are evaluated by simulation in ADAMS/Car. The results show that the estimated values can well agree with the actual values in different road conditions. The observer can estimate road friction coefficient exactly in real-time andresist external disturbance. The proposed research provides a novel method to estimate road friction coefficient with strong robustness and more accurate.     

复杂动态路面的电动轮附着状态识别与稳定控制策略研究

复杂动态路面条件下的轮胎-路面附着稳定性识别与控制对电驱动车辆的安全行驶具有重要意义,但目前仍缺少有效的分析和判定方法。针对复杂动态路面切换的情形,从驱动力-附着力传递特性的角度,分析了路面切换过程中力传递因子的动态行为,提出了基于力传递因子的附着状态识别方法,分析讨论了路面切换后的车辆稳定控制策略。基于CarSim联合仿真对比验证了基于电气参数的力传递因子估计方法的正确性与有效性,结果表明利用力传递因子可以检测出路面附着特性的变化;采用降转矩稳定性控制策略,提高了车辆在路面附着特性变化时的附着稳定性。研究结果对提升电动车辆在复杂路面附着情形的安全性具有重要意义。     

考虑操纵稳定性的适时四驱扭矩分配策略

以某款全新开发的电控适时四驱SUV为研究对象,为同时发挥四轮驱动(4WD)与直接横摆力矩控制(DYC)的优势,建立适应于动力性及操纵稳定性的汽车动力学系统模型,提出基于轮胎最小滑移率同时保持横摆角速度跟随的适时四驱智能扭矩分配策略,采用PID算法计算出保持车辆最小滑移率及横摆角速度跟随所需的四驱控制器控制电流并加以控制。然后将该算法移植到单片机中进行低附试验,全油门加速工况、蛇形工况及定圆加速工况试验结果表明:制定的智能扭矩分配策略在迅速抑制车轮打滑的同时能有效提升车辆在低附路面的操纵稳定性,进一步提高了车辆的主动安全性,具有较强的工程实用性。