基于质心侧偏角估计算法的车道保持稳定性控制

为了提高低附着系数路面车道保持能力和稳定性,基于质心侧偏角和横摆角速度与期望值的差值设计了车道保持转向角补偿模糊控制器。质心侧偏角和横摆角速度是表征汽车稳定性的重要参数,也是所设计的模糊控制器的输入量,但质心侧偏角不易直接测量。因此,针对质心侧偏角运动学和动力学估计算法各自的特点,并利用前者修正后者的估计值,提出了质心侧偏角集成估计算法。基于CarSim/Simulink仿真结果表明,所提出的质心侧偏角估计算法具有较高估计精度,所设计的转向角补偿模糊控制器具有更好的车道保持能力和稳定性。     

用于汽车稳定性控制的路面附着识别算法

轮胎-路面附着系数的识别对汽车动力学状态观测和稳定性控制起着至关重要的作用。汽车电子稳定控制系统(Electronic stability control,ESC)要求在车辆进入失稳危险工况之前能够实时精确地获得路面附着特征,这对算法的实用性和可靠性要求苛刻。为此,提出一种基于横摆角速度偏差和侧向加速度偏差的车辆非线性度双表征量法,全面地反映车辆转向时侧偏与横摆响应的非线性状态,根据非线性度与路面附着利用率的关系设计出附着估算偏差的补偿算法。附着估算时,以侧向加速度测量值为基准,经过偏差补偿得到附着初始值。引入广义滤波器抑制估算值抖动,使其能较好地应用于实车控制。通过实车测试验证本方法的有效性,并在ESC控制循环中验证附着精确估算算法对转矩控制的改进效果。     

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。     

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。     

低附着路面转弯工况下半挂汽车列车横向稳定性控制

针对低附着路面半挂汽车列车转弯稳定性差的问题,依据车辆动力学和控制理论对半挂汽车列车转弯控制策略进行分析研究.应用TruckSim软件建立包括传动系统、转向系统、制动系统、悬架系统、空气动力学、轮胎、车体7大子系统的半挂汽车列车模型,并在MATLAB/Simulink中建立ESP和AFS集成控制器,采用联合仿真方式对低附着路面转弯时车辆的稳定性进行分析.结果 表明:提出的AFS和ESP的集成控制策略有效地提高了半挂汽车列车在低附着系数路面转弯工况的横向稳定性,避免了侧滑、折叠等失稳现象.     

基于主动转向与模糊滑模控制ESP的协同控制研究

为了进一步提高汽车底盘协同控制的稳定性与可靠性,设计了一种新的协同控制系统,该协同控制系统由主动转向控制器和电子稳定控制系统(Electronic Stability Program,ESP)控制器组成.ESP控制器基于滑模变结构控制方法中滑模面的模糊逻辑调整策略,并利用模糊控制器建立可跟随车辆状态变化的动态滑模面,与主动转向系统进行协同控制研究.最后基于硬件在环试验平台完成了低路面附着系数和高路面附着系数路面的双移线工况试验分析,试验结果表明:相较其他控制方法,基于主动转向与模糊滑模控制ESP的协同控制可以更好地改善车辆在不同工况下行驶时的操纵稳定性和安全性.     

对开路面弯道制动的控制方法

运用多体动力学软件SIMPACK建立汽车模型,着重研究了汽车在外侧附着系数低、内侧附着系数高路面上弯道制动的情况.通过仿真,在分析轮胎受力的基础上,提出了一种基于转角预测前馈的动态调节内侧车轮最佳滑移率的控制方法,并在Matlab中搭建了模糊控制系统进行联合仿真.结果显示,所提出的控制策略可以改善车辆在这种极限工况下的侧偏位移和横摆角速度,减轻了驾驶员的操纵心理负担,并且车辆的制动距离基本保持不变,保证了制动效能,提高了车辆侧向稳定性.     

基于电子稳定控制与驱动力分配协调控制的四驱汽车性能分析

为研究汽车在特殊路面及工况下的转向稳定性,利用Matlab/Simulink搭建7自由度汽车模型,讨论分析驱动力分配与制动力分配对改善汽车操纵稳定性的影响程度,并基于分层协调控制思想设计汽车电子稳定控制程(Electronic stability program,ESP)与动态驱动力分配控制(Dynamic performance control,DPC)系统的上层控制器,ESP采用模糊控制,并基于神经网络PID控制设计驱动力分配控制系统。在此基础上开展多种典型工况下的控制系统性能仿真后,利用NI-PXI设备构建硬件在环试验仿真平台,对控制系统进行试验验证。车速50 km/h,路面附着系数为0.4下双移线试验结果表明:汽车在第一次变道时其横摆角速度与质心侧偏角分别降低了0.027 rad/s与0.023 rad,相比无控制时分别改善8.3%与43.8%;在第二次变道严重失稳情况下,运用所提控制系统依旧可将车辆转向状态稳定在安全区域。     

汽车附加转向角实时观测分析与建模试验

目前对汽车附加转向角的研究主要基于观测的侧向加速度信息对其进行估计,观测精度在极限工况下不能满足汽车稳定性实时控制需要。因此,采用试验分析和建模的方法展开研究,首先基于ADAMS/Car软件建立某乘用车多体动力学整车模型,通过实车稳态回转试验数据验证了模型的精确性。基于该平台量化分析不同工况下附加转向角的影响因素。采用ε-SVR算法建立附加转向角预测模型,输入矢量主要为稳定性控制系统(Stability control system,ESC)配置传感器信息,采用典型蛇形试验和FMVSS 126试验数据分别对模型进行学习和泛化性能测试。测试结果表明,汽车侧向加速度是影响汽车附加转向角最主要因素(数量级达1°),其次是汽车纵向加减速度和路面幅值(数量级达0.3°);建立模型的预测精度和计算实时性均能满足ESC实时控制要求。拓展了极限工况下汽车附加转向角精确观测方法。     

基于路面附着系数的电动助力转向控制研究

为了解决路面附着系数变化对驾驶员路感的影响问题,基于路面附着系数对电动助力转向(EPS)系统的助力特性曲线进行了设计。在建立了整车和EPS系统的动力学模型基础上,结合最大回正力矩的估计方法对路面附着系数进行了推理和辨识,并据此,基于Matlab/Simulink平台对EPS的整体模型进行0.3g侧向加速度下的阶跃仿真,结合驾驶员理想方向盘转矩拟合得到随附着系数和车速变化的助力特性曲线。仿真结果表明,路面附着系数能被较好的估计,所设计的EPS助力特性曲线在高、低附着系数的路面上都能够满足驾驶员理想方向盘转矩要求,同时,低附着系数路面的驾驶员路感显著增加,能够提醒驾驶员注意行车的操纵安全。     

A novel pre-control method of vehicle dynamics stability based on critical stable velocity during transient steering maneuvering

The current research of direct yaw moment control(DYC) system focus on the design of target yaw moment and the distribution of wheel brake force. The differential braking intervention can effectively improve the lateral stability of the vehicle, however, the effect of DYC can be improved a step further by applying the control of vehicle longitudinal velocity. In this paper, the relationship between the vehicle longitudinal velocity and lateral stability is studied, and the simulation results show that a decrease of 5 km/h of longitudinal velocity at a particular situation can bring 100° increasing of stable steering upper limit. A critical stable velocity considering the effect of steering and yaw rate measurement is defined to evaluate the risk of losing steer-ability or stability. A novel velocity pre-control method is proposed by using a hierarchical pre-control logic and is integrated with the traditional DYC system. The control algorithm is verified through a hardware in-the-loop simulation system. Double lane change(DLC) test results on both high friction coefficient(μ) and low μ roads show that by using the pre-control method, the steering effort in DLC test can be reduced by 38% and 51% and the peak value of brake pressure control can be reduced by 20% and 12% respectively on high μ and low μ roads, the lateral stability is also improved. This research proposes a novel DYC system with lighter control effort and better control effect.     

基于FlexRay总线线控转向稳定性研究

线控转向装置取消了转向盘和车轮的机械连接,是未来汽车转向的发展趋势.该文采用魔术轮胎的非线性整车动力学模型,研究了车速、路面附着系数以及前轮转向对汽车稳定性的影响;在此基础上,提出了基于横摆角速度和侧向加速度联合控制的控制策略,提高了汽车的稳定性;建立了基于FlexRay通信的线控转向系统,并建立了dSPACE硬件在环...     

基于T-S模糊变权重MPC的智能车轨迹跟踪控制

为了协调智能驾驶车辆的轨迹跟踪精确性和稳定性,提高控制算法对不同工况的自适应能力,提出基于Takagi-Sugeno模糊变权重模型预测控制(Takagi-Sugeno fuzzy model predictive control,T-S FMPC)的轨迹跟踪控制策略。以前轮转角为控制变量建立MPC控制,并以实时横向位移误差和横摆角误差为模糊输入,通过T-S模糊控制在线优化MPC目标函数权重,协调权重矩阵对轨迹跟踪精确性和稳定性的影响。基于Carsim建立分布式驱动电动汽车的整车动力学模型,基于Simulink建立控制策略,通过双移线工况仿真及实车试验,验证了所提控制策略的有效性。仿真结果表明,相比于传统MPC控制,所提出的T-S模糊变权重MPC控制可降低横向位移误差达62.24%,有效提高轨迹跟踪精度;并且可使前轮转角波动减小37.46%、横摆角误差减小84.19%,显著增强轨迹跟踪稳定性;试验结果表明,在20 km/h、沥青路面双移线工况下,横向位移误差在0.12 m以内,横摆角误差在1°以内,且前轮转角控制曲线平滑,说明所提算法具有良好的控制效果和实用性。     

基于规则的分布式电驱动车辆驱动系统失效控制

针对分布式电驱动车辆在进入失效控制工况下,传统控制策略存在的纵横向控制目标无法满足、驱动能力降低、安全性变差等缺点,设计并考虑动力性和稳定性的驱动系统失效协调控制策略。该策略利用分布式电驱动车辆各轮无机械连接、各轮独立驱动以及驱动单元冗余配置的结构特点,依据不同的失效状况和车辆状态制定基于规则的驱动系统失效控制算法。对所设计的算法进行实车试验验证,试验结果表明,在发生驱动系统失效后,所设计的基于规则的驱动失效控制策略通过协调控制各驱动轮驱动能力,在低速小转向阶段改善了车辆的纵向驱动能力,在高速或者大转向阶段保证了车辆的横向稳定性。     

四轮轮毂电机驱动电动汽车纵侧向稳定性协调控制策略研究

结合四轮轮毂电机驱动电动汽车四轮转矩独立可控的特点,针对加速同时转向时地面附着力不足的情况,研究车辆纵向和侧向稳定性协调控制策略。针对未知和复杂多变的路面附着情况,设计对路面附着变化具有良好鲁棒性的滑转率自寻优驱动防滑控制策略,采用滑模控制方法实现了对路面最优滑转率的自适应追踪。在此基础上,构建稳定性协调控制策略,通过对车辆纵、侧向动力学目标进行优先级判断和多目标协调控制,有效提升了车辆纵向和侧向稳定性。通过CarSim-Simulink联合仿真验证了驱动防滑控制策略在未知路面附着情况下的有效性,提出的纵侧向稳定性协调控制策略能够有效提升车辆的纵向和侧向稳定性,控制效果优于直接横摆力矩控制。     

电液控制的主动横向稳定杆的应用仿真研究

为了改善商用车的侧倾稳定性,设计了一种集液压控制与电机控制的优势于一体,具有较高控制精度和较大反侧倾力矩的电液控制主动横向稳定杆,并以某19座商用车为例,建立了包含转向、俯仰、侧倾,车身垂向运动在内的九自由度整车模型,对其中的主动横向稳定杆设计了一种PID+前馈的控制策略以提高控制精度,减少迟滞,并通过Simulink和Trucksim的联合仿真以验证其有效性。在附着系数为0.8的B级路面上,分别进行鱼钩、方向盘角阶跃和双移线三种不同的工况下的仿真。结果表明,与被动稳定杆相比,提出的这种主动稳定杆能够让车身侧倾角,横摆角速度,侧向加速度和质心侧偏角均有(20~45)%的降低,极大的提高了车辆的侧翻稳定性。     

视觉导航智能车辆横向运动的自适应预瞄控制

车道保持系统中车辆横向运动控制应模拟驾驶员的横向操纵行为,驾驶员根据前方道路曲率及车辆速度适时调节预瞄距离,以获得理想的路径跟踪性能。首先,以车辆二自由度动力学模型及车辆道路几何位置关系为基础,建立车-路横向动力学模型。其次,基于单点预瞄最优曲率模型设计侧向加速度PD跟踪控制器,联立车-路横向动力学模型构建横向控制闭环系统,分析预瞄距离、车速、道路曲率的变化对系统响应的影响。最后,设计模糊控制器对预瞄距离进行模糊选择以提高车辆横向控制精度和减小侧向加速度,采用遗传算法对模糊规则进行优化以使横向控制系统性能达到最优。试验表明,相对固定预瞄控制方法,自适应预瞄减小了车辆侧向加速度,且道路跟踪的方向偏差和距离偏差均得到减小。     

轮毂电机驱动汽车侧向稳定性底盘协同控制

轮毂电机驱动汽车可以通过差动驱动抑制车辆横摆和侧倾运动,从而提高车辆侧向稳定性,但受轮毂电机力矩和地面附着力约束的限制,作用效果薄弱。为提升车辆侧向稳定性控制效果,提出综合差动驱动、主动转向和主动悬架的车身横摆与侧倾稳定性底盘协同控制方法。根据轮毂电机驱动汽车特点,对其侧向失稳机理进行分析,基于模型预测控制设计前轮主动转向控制器;利用所提出的变系数指数趋近率求解期望横摆控制力矩,基于最优控制算法计算侧倾控制力矩;最后,构建集成差动驱动、主动转向和主动悬架的侧向稳定性控制器并完成整车侧向稳定性协同控制仿真验证。研究表明,所提出的底盘协同侧向稳定性控制方法可以有效控制车辆的横摆和侧倾运动,使其收敛于理想控制域,为轮毂电机驱动车辆的主动安全性控制提供了理论支持。