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。     

基于车辆稳定性的轮胎力优化分配研究

针对电动汽车的高速行驶稳定性问题,对四轮独立制动/驱动、四轮独立转向电动汽车进行了研究。提出了一种轮胎力优化分配控制算法,提高极限工况下车辆稳定性。首先,根据驾驶员的转向、制动/驱动输入,基于理想二自由度车辆模型算出横摆角速度、质心侧偏角的目标值,然后比较目标值与车辆实际值得出偏差,再根据目标值与实际值的偏差采用滑模控制计算出了所需的总横摆力矩、侧向力、纵向力。最后基于八自由度车辆模型,通过最优分配控制算法,计算出了每个车轮上需要施加的纵向力与侧向力。利用Matlab/Sinmulink与车辆动力学软件CarSim联合仿真验证了基于车辆稳定性的轮胎力优化分配效果。仿真结果表明,提出的轮胎力优化分配算法在高速急转向工况下能够使车辆保持理想的横摆角速度和质心侧偏角,提高了极限工况下车辆稳定性。     

线控制动车辆弯道制动力优化分配控制策略

针对具备线控制动系统的车辆弯道制动工况下容易失稳的问题,提出了一种制动力优化分配控制策略,提升了车辆的操纵稳定性。总体采用分层控制的结构,上层运动控制器以理想二自由度车辆模型为参考模型,设计了基于横摆角速度和质心侧偏角联合控制的滑模控制器,用于计算所需的附加横摆力矩;同时通过制动踏板特性来识别驾驶员制动意图从而得出总制动力;下层制动力分配器以轮胎利用率为目标函数,通过序列二次规划法在约束条件范围内优化求解出各车轮所需的制动力。利用MATLAB/Simulink与Carsim进行联合仿真,并与传统的制动力比例分配策略在不同弯道制动工况下进行对比验证。结果表明:提出的制动力优化分配策略在转弯紧急制动工况下不仅能保证驾驶员的期望减速度,同时有效地提升了汽车的横向稳定性。     

基于转矩协调分配的分布式驱动电动汽车稳定性控制

提出一种基于车轮转矩优化分配的层次化车辆稳定性控制方法,用于分布式驱动电动汽车的操纵稳定性控制。建立八自由度车辆模型,分三层设计控制系统,上层控制器以质心侧偏角和横摆角速度为状态变量,采用积分二自由度控制模型,引入虚拟控制解耦两控制变量,计算车辆稳定的等效横摆力矩;中层采用线性二次型方法,优化分配前后轮转向角和轮胎纵向力;下层控制器设计滑模滑移率控制器,完成定滑移率下的车轮转矩再分配。仿真结果表明,该控制系统在高速极限工况下能充分利用轮胎的附着潜力,实现车轮转矩的协调分配,提高车辆的操纵稳定性;当执行机构出现故障时,系统能有效重构并实现控制量再分配,提高车辆的安全性。     

采用模糊控制提高某四轮驱动车辆稳定性的研究

为提高某四轮驱动车辆的稳定性,建立车辆的数学模型并进行理论分析,结合车辆轮胎的动态受力设计了采用模糊控制算法的车辆稳定性分层控制策略,降低了对控制系统的要求。通过Carsim与MATLAB/Simulink建立联合仿真模型,对提出的控制策略进行了双移线工况与蛇形工况下车辆稳定性的仿真实验,实验结果表明:采用模糊控制算法的分层控制策略可以提高车辆沿目标路径运动的准确性,降低车辆的横摆角速度、质心侧偏角等稳定性状态参数。     

四驱电动汽车变附着路面行驶操稳性控制研究

针对四轮驱动电动汽车行驶时路面峰值附着系数和附着利用率变化的问题,提出利用直接横摆力矩控制提高操纵稳定性的控制策略。该策略采用分层控制,上层控制器负责目标车速的追踪、滑移率调整力矩的计算、以及根据行驶危险程度实现对质心侧偏角和横摆角速度的协调控制,下层控制器包括以轮胎利用率最优为目标的分配算法及集成滑移率控制的分配算法,根据滑移率大小实时切换。Carsim-Simulink联合仿真结果表明,在对开路面行驶时,相比于转矩平均分配控制策略,该控制策略能够使车辆具有良好操稳性的同时保持各车轮处于最佳滑移率区间内,有效改善了车辆性能。     

四轮独立驱动电动汽车行驶稳定性分析与联合滑模变结构主动控制

针对四轮毂电机独立驱动汽车各轮力矩解耦可控的特点,分析车辆转向受力对四轮独立驱动电动汽车行驶稳定性的影响,提出四轮独立驱动电动汽车转向稳定性控制策略,为四轮独立驱动电动汽车四轮转矩协调控制,提升整车行驶稳定性提供了思路.基于模型跟踪控制的思想,采用分层控制思想设计控制器,控制器包含参考模型、顶层控制器、底层控制分配器.采用带质心侧偏角约束的2自由度车辆模型作为参考模型,设计出一种新的非线性联合滑模变结构主动控制的顶层控制器,该方法可以在一定程度上实现车辆横摆角速度和质心侧偏角的解耦控制,避免了横摆角速度和质心侧偏角的较大变化,从而保证汽车稳定性.在底层控制分配器中,采用基于轮胎稳定裕度最大化的最优分配方法.在Carsim软件中,搭建四轮轮毂电机独立驱动电动汽车模型,在Simulink软件中搭建控制策略模型.针对双移线工况,Carsim/Simulink联合仿真的结果表明,滑模变结构控制器具有较好的收敛性,控制分配模块可以实现四轮力矩的优化分配,能够提升车辆在极限工况下的稳定性.研究将为轮毂电机驱动车辆分布式协调控制提供理论支撑.     

基于滑模变结构控制的车辆稳定性研究

直接横摆力矩控制(Direct Yaw Moment Control,DYC)能在极限工况下产生维持车辆稳定行驶所需的附加横摆力矩,从而提高车辆的主动安全性能。采用"Dugoff"轮胎模型,运用MATLAB/SIMULINK软件建立了十六自由度非线性车辆模型和二自由度参考模型,基于滑模变结构控制理论,分别设计了以横摆角速度为控制变量的DYC控制器和以质心侧偏角为控制变量的DYC控制器,并在极限工况下进行仿真。仿真结果表明:所设计的控制器能有效控制车辆的横摆角速度和质心侧偏角,提高了车辆的操纵稳定性。     

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。     

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。     

基于质心侧偏角估计的车辆侧向稳定性T-S模糊H_∞控制

设计了新的车辆质心侧偏角观测器,对于采用非线性轮胎模型的车辆模型设计了基于观测器的稳定性控制器。将T-S模糊建模技术应用于非线性Dugoff轮胎模型的车辆侧向动力学,T-S模糊模型中以横摆角速度误差作为模糊前件变量用来近似地反映非线性状态的程度并用来判断车辆是否处于线性或非线性区域。考虑轮胎侧偏刚度的不确定性,设计了基于鲁棒横摆力矩控制器的非线性观测器,以提高车辆操纵稳定性并将观测器和基于观测器的控制器设计问题转化为线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequalities,LMIs)约束问题。基于Car Sim/Simulink数值仿真以验证设计方法的有效性,仿真结果表明,对于双移线(Double Lane Change,DLC)和J-turn工况所设计的控制器比Car Sim/ESC更能有效地控制车辆质心侧偏角,提高了车辆操纵稳定性,所得结果为T-S模糊H∞控制在车辆工程中的实际应用提供了参考。     

横摆力矩滑模控制的轮边驱动电动汽车稳定性分析

为了提高轮边驱动电动汽车行驶的稳定性,提出横摆力矩滑模控制的稳定性控制策略,采用层次化结构的稳定性控制器。针对极限工况下车辆的状态估计误差偏大,基于无迹卡尔曼滤波(UKF)理论设计了适用于轮边驱动电动汽车的状态估计方法,根据UKF估计的车辆状态计算,设计滑模运动控制器计算所需的横摆力矩。考虑到转矩分配时的实际约束条件,设计了控制分配器,采用二次规划方法优化分配各轮上的驱动/制动扭矩。仿真结果表明:该稳定性控制器能够快速施加驱动力或制动力,及时、准确地控制车辆的横摆角速度和质心侧偏角,提高车辆的操纵稳定性。     

基于降阶观测器的四轮转向车辆随动操纵瞬态稳定性分析

对复杂的四轮转向车辆控制系统数学模型进行分析，考虑在实际车辆中质心侧偏角等量难以直接测量，提出一种基于降阶观测器的四轮转向车辆随动操纵最优控制策略，以车辆转向时的质心侧偏角和横摆角速度等为被控制量，应用最优控制理论设计反馈控制系统进行高速行驶下的瞬态操纵动态仿真，结果表明，基于降阶观测器的系统状态向量能很好地跟踪驾驶员发出的操纵指令，车辆瞬态操纵稳定性和安全性得到有效提高。     

多轴车辆轮胎侧偏磨耗控制方法

针对多轴车辆轮胎磨损较为严重的特点,建立多轴车辆转向动力学模型。在考虑轮胎侧偏磨耗功率分析的基础上,在保证车辆质心侧偏角为零的前提条件下,以整车轮胎磨耗功率最小为目标,以车辆匀速行驶受力平衡为约束条件,利用拉格朗日乘子算法对多轴车辆各轮胎侧偏角进行优化,获得了多轴车辆在匀速转向行驶过程中各轴轮胎侧偏角和驱动力的函数关系式;得到轮胎侧偏磨耗最小条件下的轮胎侧偏角和驱动力的变化规律。分析结果表明:车辆同轴左右侧轮胎侧偏角相等时,轮胎侧偏磨耗功率最小;在轮胎侧偏磨耗功率最小的条件下,轮胎侧偏角、驱动力不仅与车辆质心位置、车轴分布、轮胎侧偏刚度结构有关,而且与车辆的行驶状态有关;控制方法简单易实现,可有效降低轮胎磨耗,降低车辆使用成本。     

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。     

独立驱动电动汽车神经网络PID稳定性控制

为提高独立驱动电动汽车在极限工况下的稳定性,提出了基于神经网络PID控制策略的直接横摆力矩决策算法,控制质心侧偏角和横摆角速度并进行转矩分配。基于2自由度车辆模型的线性化特征参数与实际车辆控制目标的偏差,引入动量优化项对神经网络权值进行在线更新,计算出跟踪理想质心侧偏角和横摆角速度所需的直接横摆力矩,通过车辆前后轴动态载荷估计,考虑驱动电机饱和输出力矩和路面限制条件的约束,对各驱动轮进行直接横摆力矩分配。将算法应用于CarSim/Simulink联合仿真模型进行工况仿真实验。结果表明,该方法能够保证车辆在中速情况下于光滑路面紧急转向和紧急移线换道操作稳定性,以及在路面湿滑情况下高速超车快速并线的稳定性。     

基于卡尔曼滤波理论的汽车质心侧偏角估计

汽车的质心侧偏角与汽车的操纵稳定性密切相关,是描述车辆运动状态的关键参数。目前,质心侧偏角可以通过光纤陀螺仪进行测量,但陀螺仪成本比较昂贵,通常对汽车的质心侧偏角进行估计而得出。文中基于MATLAB/Simulink软件建立二自由度汽车动力学仿真模型,结合卡尔曼滤波算法对汽车的质心侧偏角进行估计,并与汽车动力学软件TruckSim仿真下曲线进行对比,估计值与仿真值基本吻合,具有较高的应用价值。     

商用车横向稳定性优化控制联合仿真分析

提出一种基于粒子群优化与径向基(Radical basis function,RBF)神经网络优化算法的商用车横向稳定性优化控制策略,采用上、下双层控制模式,上层控制器以横摆角速度与质心侧偏角为控制目标,依据车辆行驶工况的反馈信息,利用粒子群优化(Particle swarm optimization,PSO)算法对模糊控制器中的比例因子参数实施动态优化,实现对前轮附加转角和横摆力矩的控制。下层控制器采用RBF神经网络优化制动力分配,通过对横摆角速度偏差的自适应学习,结合滑移率控制器实时优化分配左、右前轮的制动器制动力并修正前轮转角。基于搭建的Truck Sim与Matlab/Simulink联合仿真环境,选取典型试验工况进行车辆横向稳定性仿真分析。研究结果表明,与传统的电子稳定控制系统(Electronic stability control,ESC)控制策略相比较,优化控制后车辆的横摆角速度、质心侧偏角以及侧向加速度等动态响应指标均满足控制要求,并且实际行驶轨迹与目标规划路径之间具有良好的跟随性,有效改善了低附着路面行驶条件下商用车的横向稳定性。     

主动前轮转向横摆稳定性模糊控制系统设计

提出了一种基于主动前轮转向横摆稳定性控制方法,以横摆角速度和质心侧偏角为控制目标。采用鲁棒性较强的模糊控制方法对汽车稳定性进行控制。建立了整车线性二自由度模型,以反馈系统中的误差信号及其变化率作为模糊系统的输入设计了模糊控制器,通过控制横摆力矩来实现车辆稳定性的控制。对转向盘阶跃输入信号和正弦输入信号两种工况分别进行了仿真研究。通过分析仿真结果,该控制方法能有效地控制车辆横摆角速度和质心侧偏角,提高车辆转向时的稳定性,同时能有效的降低驾驶员的操纵负担。     

基于运动学方法和运动几何方法融合的质心侧偏角估计

针对车辆质心侧偏角难以直接测量的问题,提出一种基于运动学方法和运动几何方法融合的质心侧偏角估计方法。基于三自由度车辆运动学模型构建一个扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman filter,EKF),用于质心侧偏角的动态值估计。设计出一种基于车辆运动几何关系的估计方法,利用质心侧偏角与前后轮侧偏角之间的运动几何关系,以及UniTire轮胎模型实现质心侧偏角稳态值的估计。然后根据两种估计方法的特点,设计出一种基于质心侧偏角动态特性的数据融合方法,提高了质心侧偏角估计结果的精度。基于CarSim软件的仿真结果表明,该融合估计方法对传感器信号噪声和误差具有较好的鲁棒性,能够在各种路面条件和驾驶操作条件下实现对车辆质心侧偏角的准确估计。