四轮转向车辆的直接横摆力矩控制研究

以四轮转向汽车为研究对象,建立七自由度车辆模型、轮胎模型、理想跟踪模型;设计直接横摆力矩和四轮转向相结合的车辆稳定性控制策略。以跟踪理想的质心侧偏角和横摆角速度为控制目标,设计滑模控制器产生车辆转向所需的横摆力矩和后轮转角,按单侧制动的方法将产生的横摆力矩分配到车辆的四个车轮上,通过制动力矩的分配以及转向角的修正,使车辆转向行驶时的横摆角速度和质心侧偏角跟踪理想模型。针对七自由度模型,在Matlab/Simulink中与比例控制四轮转向进行阶跃输入和正弦输入两种工况下的时域仿真对比。仿真结果表明,基于直接横摆力矩和四轮转向相结合的的控制策略有效减小了质心侧偏角,横摆角速度对理想值有很好的跟踪,提高了车辆的操纵稳定性,同时验证了横摆力矩分配的有效性。     

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。     

采用卡尔曼滤波的电子稳定性程序分析

汽车的横摆加速度过大会引起过度转向和过多不足转向等危险工况。采用线性二自由度车辆模型计算目标横摆角速度和目标质心侧偏角,运用卡尔曼滤波理论实时估算汽车的质心侧偏角并结合横摆角速度传感器对车辆稳定状态进行监测,提出了基于横摆角速度和质心侧偏角的ESP控制方法,着重介绍了ESP逻辑判断准则,应用Matlab/Simulink软件实现相应的电子稳定控制策略,同时利用AMESim软件中的15自由度整车模型建立AMESim-Simulink联合仿真模型,仿真结果验证了所提出的质心侧偏角估算的可行性及稳定性控制策略的有效性。     

基于状态反馈的主动转向控制

通过对前轮主动转向结构形式的分析和简化,建立了状态空间形式的主动前轮转向动力学模型。并以转向盘转角、横摆角速度和侧偏角为优化目标,设计了线性二次型调节器控制。通过横摆角速度和质心侧偏角的共同反馈,控制电动机助力转角,实现主动转向。控制过程中,设计状态观测器对难以直接测量的质心侧偏角信号进行估计,满足系统对反馈信号的需求。利用Matlab对转向路径跟踪过程及遭遇侧向风作用工况的仿真分析表明,通过横摆角速度和侧偏角的反馈控制,将横摆角速度控制在理想的范围,质心侧偏角被限制在车轮的线性范围内,有效地改善整车的转向特性,提高汽车的操纵稳定性。     

基于降维观测器的4WS车辆滑模变结构控制

考虑车辆在极限运动工况下转向时的横摆运动、侧向运动以及侧倾运动的影响,建立以质心侧偏角、横摆角速度、侧倾角和侧倾角速度为状态变量的三自由度线性车辆模型。为了实现车辆线传操纵(steer by wire),以车辆实际质心侧偏角和横摆角速度与理想模型的质心侧偏角和横摆角速度之间的误差作为控制器输入,建立滑模跟踪控制器。考虑到状态变量之一的质心侧偏角难以直接测量,设计了降维观测器以重构车辆状态。仿真结果表明,降维观测器跟踪性能良好,准确的重构了车辆状态;与不受控制的前轮转向车辆相比,所设计的控制系统使车辆的动态特性和操纵性能有效提高。     

电动车四轮转向与差动驱动的联合仿真研究

为了降低电动车高速行驶时转向失稳带来的危险,提出了四轮转向与差动驱动联合控制策略以提高电动车转向时的高速稳定性。考虑轮胎非线性特性对整车的影响,在MATLAB中建立了电动车四轮转向与差动驱动联合控制下的整车动力学模型。以电动车转向过程中的质心侧偏角与横摆角速度为控制目标,采用模糊控制策略协调四轮转向与差动驱动进行联合控制,从而调节电动车的后轮转角和驱动力分配,使其质心侧偏角和横摆角速度能够跟随理想模型。通过仿真分析得到了转向时电动车的质心侧偏角和横摆角速度的动态响应。结果表明:在四轮转向与差动驱动联合控制下,可以将电动车质心侧偏角与横摆角速度控制在接近理想状态,从而提高电动车在高速时的转向稳定性并加快车辆的侧向响应速度。     

非线性车辆稳定性的控制研究

提出一种基于直接横摆力矩控制(DYC)和前轮主动转向(AFS)控制的车辆稳定性联合控制方法。在车辆非线性模型的基础上,利用质心侧偏角和侧偏角速度相平面图,确定车辆的稳定域。对处于稳定域之外的非线性车辆首先进行DYC控制,使车辆进入稳定域,在此基础上再进行AFS滑模控制,使实际车辆的质心侧偏角及横摆角速度跟踪理想值。仿真结果表明:采用该联合控制方法,与单独采用AFS控制相比,更加有效地提高了车辆稳定性。     

基于状态观测器的主动前轮转向研究

应用拉格朗日方程建立汽车主动前轮转向的动力学模型,并以转向盘转角、横摆角速度和侧偏角为优化目标,设计线性二次型调节器（LQR）。调节器中,通过横摆角速度和侧偏角的共同反馈控制助力电机的转角。由于质心侧偏角信号难以直接测量,设计了状态观测器对该信号进行估计。通过MATLAB进行仿真计算,结果表明, LQR优化控制能有效地改善整车的转向特性,提高汽车的操纵稳定性。     

基于神经网络三自由度非线性四轮转向汽车控制仿真

为了改善四轮转向汽车的操纵稳定性,建立包含轮胎的非线性三自由度车辆模型,通过神经网络训练得到后轮控制器,利用神经网络控制器联合PID控制,分别与前轮转向、比例转向控制、横摆角速度反馈控制进行时域仿真对比。仿真结果表明:神经网络控制器联合模糊PID控制可以有效的控制车辆的质心侧偏角,减少横摆角速度的瞬态响应增益,缩短稳定时间,从而提高了车辆低速时的机动性和高速转向的稳定性,提高了运行车辆的安全性、平稳性。     

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。     

基于转矩优化分配的电动汽车横摆稳定性研究

以四轮轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,针对车辆稳定性问题,提出了基于横摆角速度和质心侧偏角联合控制的横摆力矩模糊控制方法。确立了分层控制结构,上层控制器基于模糊控制理论得到控制所需的附加横摆力矩,下层控制器应用加权最小二乘方法并联合轮毂电机与液压制动系统进行力矩优化分配。实时仿真实验结果表明：联合轮毂电机与液压制动系统的优化分配控制策略有效提高了车辆的稳定性。     

车辆横摆角速度跟踪控制仿真研究

采用二自由度车辆动力学状态方程建立了车辆横摆角速度跟踪控制模型。用横摆角速度与其期望值的差值及其变化率作为模糊控制器的输入,设计了模糊自适应PID控制器。基于模糊自适应PID控制器,进行了前轮转向阶跃输入、正弦输入仿真试验。仿真和分析结果表明,设计的模糊PID控制器可实现对参考模型横摆角速度的跟踪,车辆的操纵稳定性得到了有效改善。     

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。     

Direct yaw moment control for distributed drive electric vehicle handling performance improvement

For a distributed drive electric vehicle (DDEV) driven by four in-wheel motors, advanced vehicle dynamic control methods can be realized easily because motors can be controlled independently, quickly and precisely. And direct yaw-moment control (DYC) has been widely studied and applied to vehicle stability control. Good vehicle handling performance: quick yaw rate transient response, small overshoot, high steady yaw rate gain, etc, is required by drivers under normal conditions, which is less concerned, however. Based on the hierarchical control methodology, a novel control system using direct yaw moment control for improving handling performance of a distributed drive electric vehicle especially under normal driving conditions has been proposed. The upper-loop control system consists of two parts: a state feedback controller, which aims to realize the ideal transient response of yaw rate, with a vehicle sideslip angle observer; and a steering wheel angle feedforward controller designed to achieve a desired yaw rate steady gain. Under the restriction of the effect of poles and zeros in the closed-loop transfer function on the system response and the capacity of in-wheel motors, the integrated time and absolute error (ITAE) function is utilized as the cost function in the optimal control to calculate the ideal eigen frequency and damper coefficient of the system and obtain optimal feedback matrix and feedforward matrix. Simulations and experiments with a DDEV under multiple maneuvers are carried out and show the effectiveness of the proposed method: yaw rate rising time is reduced, steady yaw rate gain is increased, vehicle steering characteristic is close to neutral steer and drivers burdens are also reduced. The control system improves vehicle handling performance under normal conditions in both transient and steady response. State feedback control instead of model following control is introduced in the control system so that the sense of control intervention to drivers is relieved.     

低附着系数路面车道保持模型预测控制及汽车稳定性控制

提出了车道保持模型预测控制算法。在低附着系数路面上分析了双移线工况下转向角和侧向加速度二次低通滤波之差的峰值与汽车失稳程度之间的关系,基于可测信号(转向角、侧向加速度、横摆角速度和车速)提出了模糊控制算法,设计了汽车稳定性控制器。为了阻止低速和不严重失稳工况下汽车稳定性控制器的误启动,提出了不稳定指标模糊控制算法;为了避免汽车稳定性系数急速减小,设计了稳定性系数保持器。CarSim/Simulink仿真结果表明,在低附着系数路面上所设计的转向控制器和汽车稳定性控制器具有更好的车道保持能力和稳定性。     

基于集成式电子液压制动系统的横摆稳定性控制策略研究

基于装配集成式电子液压制动系统（Integrated-electro-hydraulic brake system,I-EHB）的车辆进行横摆稳定性控制研究。设计了基于直接横摆力矩控制（Direct yaw moment control,DYC）的运动跟踪控制算法,采用线性二自由度车辆模型得到了参考横摆角速度值,与实际横摆角速度值进行比较通过比例积分（Proportional-integral,PI）控制算法计算出附加横摆力矩。将附加横摆力矩进行控制分配,通过单轮制动方式分配至作用车轮,再转换得到各个车轮的轮缸目标液压力值。利用基于轮缸压力均衡控制方法来跟踪目标轮缸压力,通过查表确定当前压力差下的目标增压速率,采用公式法在线性范围内近似拟合占空比随目标增压速率变化关系,以查表求出的目标增压速率作为输入来得到控制电磁阀的占空比。搭建了该系统的硬件在环测试平台,在高低附路面上验证了控制策略的有效性。     

基于模糊算法的四轮线控转向汽车操稳性研究

为了避免在高速公路行驶场景中极易发生的侧滑和甩尾现象,在车辆前馈比例转向控制策略的基础上提出根据横摆角速度变化量与变化率来动态调节前后轮转角补偿量的模糊控制方法,并结合闭环控制下的转向伺服电机来实现车轮的转向补偿,最后实现对传统前馈比例转向控制策略的优化.在MATLAB环境下对模糊控制的四轮转向车辆的转弯横摆率和质心侧...     

[分布式驱动电动汽车动力学控制]基于转矩协调分配的分布式驱动电动汽车稳定性控制

A hierarchical vehicle-stability-control method was presented based on the longitudinal force distribution optimization for the handling and stability control of the distributed-driven electric vehicles. The eight-degree-freedom vehicle models and the three-layer control systems were developed. By selecting the sideslip angle and the yaw rate as the state variables and introducting the virtual control to decouple two control variables,  the integral 2-DOF vehicle models were adopted to calculate the equivalent yaw moments for the vehicle stability in upper controllers. The linear quadratic regulator （LQR） method was utilized to optimize the distribution of the front and rear steering angles and the tire longitudinal forces in middle controllers. The sliding-mode-based slip controller in the lower layer was also designed to reallocate the wheel torques. Simulation results show that the control system may make full use of the adhesion potential of the tire under high speed and extreme conditions, realize the coordinated distribution of wheel torques and improve the steering stability of the vehicles. When the actuators fail, the system may reconstruct effectively and realize the reallocation of control inputs to improve the safety of the vehicles.     

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.     

基于模糊逻辑的AFS／DYC集成控制策略研究

文中所研究的汽车动态控制系统是基于模糊逻辑控制的主动前轮转向（AFS）和直接横摆力矩控制（DYC）的集成。控制系统采用分层控制。上层使用模糊逻辑控制器（横摆角速度控制器）,输入为横摆角速度偏差及其变化率,其输出为直接横摆力矩控制信号和前轮修正转向角;下层（模糊集成控制器）设计了基于轮胎侧向力工作区的模糊逻辑控制器,通过调整前轮侧向力的方向,激活切换函数来调节模糊逻辑控制器的比例因子。仿真结果表明,使用非线性七自由度车辆模型,与单独的AFS或DYC控制器相比较,使用集成AFS／DYC控制系统,汽车操纵稳定性得到了很大的改善。