4WID车辆主动安全控制策略研究

针对4WID车辆主动安全控制,设计开发了一种基于主动前轮转向(active front steering,AFS)、直接横摆力矩控制(direct yaw-moment control,DYC)与驱动防滑(acceleration slip regulation,ASR)集成的控制系统.控制系统采用分层控制结构,其中决策层基于滑模变结构控制理论与车辆相平面稳定判据,设计了横摆角速度与质心侧偏角协调控制器,计算保持车辆稳定性所需的附加横摆力矩.此外,基于滑移率门限值,设计了模糊PI控制器,分配AFS模块与DYC模块输入的附加横摆力矩,获得最终附加横摆力矩与附加前轮转角.执行层通过对驱动/制动力矩与前轮转角的控制,实现速度保持,滑移率控制与车辆稳定性控制功能.仿真结果表明,在高速、低附着系数路面的极限工况下,集成控制策略可实现车辆操纵稳定性控制且综合性能优于单独控制.     

基于动态双向耦合的高速汽车侧风稳定性控制研究

针对高速汽车在侧风环境下的气动稳定性问题,基于大涡模拟（LES）及五自由度车辆模型,建立了汽车空气动力学与汽车动力学的动态双向耦合分析模型.考虑了主动前轮转向的主动控制（AFS）对高速车辆侧风稳定性的影响;采用调整车辆质心位置的方法验证了动态双向耦合模型的鲁棒性.对在某轿车在有、无驾驶员及有、无AFS控制下的运动及流场特性进行了对比分析.研究结果表明:在侧风作用下车辆的侧向速度及横摆角速度对高速车辆的气动稳定性有着重要影响;在无驾驶员条件下,有AFS控制的车辆仍能回到正常行驶路线,而无AFS控制的车辆无法回到正常行驶路线;在有驾驶员条件下,无AFS控制车辆最大侧向位移为1.1 m,有AFS控制车辆最大侧向位移0.47 m,表明AFS控制有助于提高车辆侧风稳定性.      

汽车主动前轮转向与直接横摆力矩协调控制

为充分利用路面的纵横向附着力,改善车辆的操纵稳定性,提出基于自抗扰解耦技术的主动前轮转向(AFS)与直接横摆力矩(DYC)集成控制方法。基于仿真实验确定发生侧滑时的车辆前轮转向临界角,并用来划分AFS与DYC各自的工作区域。对AFS与DYC的控制进行加权,使AFS控制的退出与DYC控制的介入渐变进行。基于线性二自由度车辆模型设计了AFS与DYC的自抗扰(ADR)集成控制器。在CarSim中建立车辆模型,由Simulink的控制模型进行控制,进行了高低附着路面的双移线实验。AFS与DYC集成控制相对于AFS、DYC分别单独作用,在高附着路面,其横摆角速度最大值分别下降20%和11.8%,质心侧偏角最大值分别下降28.1%和17.9%,侧向加速度最大值分别下降26.1%和20.7%;在低附着路面,其横摆角速度最大值分别下降14.5%和13.3%,质心侧偏角最大值分别下降6.7%和1.4%,侧向加速度最大值分别下降9.7%和3.5%。实验结果表明,该文协调控制策略及集成控制方法能够提高车辆在高低附着路面行驶的稳定性。     

基于相平面的车辆AFS与DYC可拓协调控制

为了提高汽车的操纵稳定性,弥补主动前轮转向(AFS)在轮胎侧向力饱和的情况下对车辆稳定性控制的不足,引入直接横摆力矩控制(DYC),设计了基于相平面的可拓协调控制系统,分为上、下两层。上层为AFS和DYC的功能协调层,以轮胎侧偏特性线性极限和β相图稳定域边界作为依据来划分汽车行驶状态,对应于可拓集合中的经典域、可拓域和非域,运用可拓学理论求解关联度函数,并确定控制器间的协调权重;下层为主动前轮转向控制器和直接横摆力矩控制器,均采用粒子群算法优化PID控制参数。利用Simulink与CarSim软件搭建联合仿真试验平台,选用低附单移线工况和低附阶跃转向工况进行仿真验证。结果表明,本文所设计的可拓协调控制策略能有效弥补单一主动前轮转向控制的不足,改善车辆对参考轨迹的跟踪效果,并能降低质心侧偏角,保证了车辆的行驶稳定性。     

基于主动前轮转向控制的汽车侧风稳定性研究

文章针对高速汽车在侧风环境下的气动稳定性问题,建立汽车空气动力学与汽车多体动力学的动态双向耦合分析模型;考虑线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR)的主动前轮转向控制对高速车辆侧风稳定性的影响,并采用定方向盘转角验证主动前轮转向模型的鲁棒性;对比分析某轿车在有、无主动前轮转向控制下的运动与流场特性。研究结果表明,在侧风作用下,有、无主动前轮转向控制的车辆最大侧向位移分别为0.13 m和1.98 m,最大横摆角分别为0.41°和-2.33°,其中最大侧向位移减小了93%,最大横摆角减小了82%,因此采用主动前轮转向控制可以明显改善汽车的侧风稳定性。     

半挂汽车列车AFS/DYC集成控制策略设计及验证

以追踪牵引车横摆角速度和折腰角为目标,在3自由度单轨车辆模型基础上设计了主动前轮转向/直接横摆力矩控制(AFS/DYC)的集成控制策略.基于Truck Sim与Simulink搭建车辆闭环仿真模型,进行了双移线工况和鱼钩转向工况仿真试验.仿真结果表明:附着系数为0.85、车速为105 km·h~(-1)的双移线换道操作时,在施加了集成控制的闭环系统下,车辆能够较好地跟踪参考响应,避免开环系统下的摆振现象,路径跟踪得到提升;附着系数为0.30、车速为55 km·h~(-1)的鱼钩转向时,闭环系统在该工况下运行良好,车辆顺利进入鱼钩转向,避免了在开环系统下的侧滑与折叠;所设计的AFS/DYC控制策略有效,可以改善整车的横摆稳定性.     

考虑横向稳定性的智能车辆路径跟踪控制

对于智能车辆的路径跟踪,传统位置偏差控制方法往往忽略了车辆的动态稳定性.针对这一问题提出一种考虑横向稳定性的智能车辆路径跟踪控制方法.首先建立二自由度车辆动力学模型和路径跟踪误差模型,综合考虑车辆位置偏差和车辆动力学状态,利用基于反馈优势的反推法(FDB)生成期望横摆角速度;然后基于线性二次型跟踪器(LQT)设计了主动前轮转向(AFS)和直接横摆力矩控制(DYC)的集成控制策略,得到了理想的控制输入(前轮转角和外部横摆力矩),进而实现精确跟踪期望横摆角速度和质心侧偏角;最后在Simulink仿真环境中对提出的控制方法进行验证.结果表明:提出的控制方法在路径跟踪的同时具有很好的横向稳定性能;相比于不考虑横向稳定性的控制方法,提出的方法在路径跟踪过程中跟踪精度更高,车辆的质心侧偏角更小,横摆角速度也能更好的跟踪期望值.     

AFS/DYC协调控制的分布式驱动电动汽车稳定性控制

为进一步提高分布式驱动电动汽车行驶过程中的稳定性,提出主动前轮转向(AFS)和直接横摆力矩控制(DYC)协调控制策略.为提高车辆稳态行驶时转向能力,设计基于滑模控制(SMC)的前轮主动转向控制器实时修正前轮转角;以维持车辆工作在稳态工作区为控制目标,设计基于模型预测控制(MPC)的车辆稳定性控制器,通过设定的分配规则按轴荷比等比例分配各轮驱/制动力矩.利用相平面法作为判定依据自适应分配各控制器权重,实现控制器之间的切换.在连续转向工况下,对控制算法进行仿真验证.结果表明:在相同转角输入下,相较于无控车辆,受控状态下车辆的横摆稳定性能提高了16%,行驶状态得到了改善.     

基于模型预测控制的汽车紧急转向避撞研究

为了解决汽车在低附着路面上中高速转向避撞时产生的侧滑失稳和轨迹跟踪能力不足等问题,本文基于模型预测控制算法,提出一种主动避撞的方法,建立了车辆单轨模型并经线性离散化后作为预测模型。在模型预测控制的过程中加入前轮转角约束、前轮转角增量约束、纵向加速度约束与轮胎侧偏角约束等多种约束条件,对车辆横向位移、横向速度、横摆角与横摆角速度等多个状态量进行控制,使车辆的轨迹更加符合理想轨迹。仿真模拟结果表明,相比无控制与PID控制方法,利用本文方法可以有效地使汽车在中高速及低附着路面条件下按理想的轨迹进行避撞且保持避撞过程中的行驶稳定性,大幅提高避撞过程中的车辆安全性。     

基于轮胎力动态估计与主动转向的新型ESP系统

车辆电子稳定系统能有效提高车辆在极限工况下的方向稳定性.针对传统直接横摆力矩控制(DYC)没有考虑轮胎附着力极限的局限,提出一种基于轮胎动力动态估计(TDE)算法的新型车辆电子稳定控制系统(ESP),在此基础上,通过主动前轮转向(AFS)协同控制,最大化利用车轮附着力.采用多元回归统计算法设计TDE控制器,采用基于统计数据的多项式拟合获得车轮附着力边界极限和最优动态滑移率上限值;采用模糊逻辑算法设计AFS控制器,补偿因附着力达到极限引起的横摆力矩不足.仿真结果表明,通过与AFS的协同控制,新型ESP能够在改善车辆的方向稳定性的同时,大幅降低车轮制动控制力,减少对车辆纵向速度的影响.     

线控转向四轮独立驱动电动车的AFS/DYC集成控制

针对线控转向四轮独立驱动电动车的主动前轮转向(AFS)与直接横摆力矩控制(DYC)的集成控制问题,提出了一种基于模型预测控制的、采用分层集成控制结构的集成控制算法,设计了模型预测控制器,研究了基于二次规划的驱动力分配方法,并通过仿真实验对算法进行验证.结果表明:基于模型预测控制理论的集成控制算法能够使车辆有效地跟踪期望运动轨迹,提高车辆稳定性和主动安全性.     

基于快速终端滑模的汽车底盘集成控制

针对汽车主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的集成控制问题,基于快速终端滑模控制理论设计一种标定参数少和动态响应速度快的鲁棒集成控制器.首先,基于达朗贝尔原理建立包含车身侧向和横摆运动自由度的汽车动力学模型作为底盘集成控制模型.随后,基于快速终端滑模控制理论分别设计主动前轮转向控制律和直接横摆力矩控制律,并且通过汽车质心侧偏角相平面定义的平滑切换因子建立二者的切换规则,实现主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的平滑切换控制,并且将主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的主要工作区域分别控制在轮胎的线性区域和非线性区域.最后,结合车辆动力学仿真软件对所提出的鲁棒集成控制器的可行性和有效性进行验证,结果表明:所提出的底盘集成控制器可以同时兼顾汽车操纵稳定性和乘坐舒适性.     

基于改进型滑模控制的4WS汽车控制策略研究

针对线控四轮主动转向车辆受侧向干扰和变道行驶时存在的操纵稳定性问题,基于单点预瞄驾驶员模型、三自由度整车动力学模型和改进型滑模四轮转向（4WS）控制算法,建立了4WS整车驾驶系统,并设计了双移线行驶工况对其进行实验测试.在Matlab/Simulink软件中对该整车驾驶系统进行建模仿真,并与相同参数的经典型滑模控制的4WS车辆和无控制前轮转向（FWS）车辆模型仿真结果对比.结果表明:设计的改进型滑模控制器可以有效地实现双移线行驶工况,追踪理想横摆角速度,使质心侧偏角、车身侧倾角和侧倾角速度保持一个相对较小的值,并且对侧向干扰具有很强的鲁棒性.      

基于径向基神经网络的主动前轮转向自抗扰控制

为研究复杂环境下车辆主动前轮转向系统（AFS）稳定性问题,提出一种基于RBF神经网络的主动前轮转向自抗扰控制（ADRC）方法,通过设计RBF神经网络结构采用梯度下降法达到自抗扰控制器参数整定的目的,改善ADRC参数多整定耗时且控制效果难以保持最优的不足;针对车辆AFS定传动比的不足,设计固定横摆角速度增益的理想变传动比规则。结果表明,基于RBF神经网络的ADRC策略能够较好的实现动态跟踪主动前轮转向理想横摆角速度,同时相比ADRC抗干扰量提高了25.8%,有效抑制了横摆角速度的振荡幅值。可见该方法提高了理想横摆角速度的跟踪能力,改善了车辆的可控性和稳定性并具有良好控制精度。     

车辆悬架系统与电动助力转向系统的集成控制

在建立悬架和转向系统整车动力学模型的基础上,分析主动悬架系统与电动助力转向系统性能之问的相互关系及协调机理,提出调整双系统控制参数的联合优化方法,对主动悬架系统进行自校正控制,对电动助力转向系统进行PID控制,研究集成系统结构参数和控制参数的耦合问题.仿真结果表明,与不加控制、单系统控制相比,集成控制下车辆转向助力效果增强,反应车辆姿态的质心加速度、横摆角速度、车身侧倾角等都有明显提高,车辆的行驶平顺性和操纵稳定性均得到明显加强,整车性能得到提高.     

基于位置和力反馈控制的电动静液式主动悬架的仿真

 通过建立2自由度1/4车辆主动悬架模型和电动静液作动器模型,综合机器人柔顺性控制中阻抗控制的优点,分析其在液压式主动悬架的适用性,将位置反馈和力反馈控制应用于液压式主动悬架系统。设计了采用模糊控制的位置反馈控制器和力反馈线性控制器,并以阻抗控制跟踪车轮动载荷得到簧载质量位移修正量。利用Matlab/Simulink搭建B级路面和0.1 m凸起路面激励下的悬架系统模型。仿真结果表明,相对于被动悬架,其车身垂直加速度、悬架动挠度及车轮动载荷的均方根值均有所下降,该控制策略能较好地提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。     

紧急避让路径跟踪自抗扰控制

自动紧急避让作为一种辅助驾驶系统,能够提高汽车行驶的安全性.为了提高不同质量参数、不同轴距车辆路径跟踪性能,以二自由度车辆模型为基础,设计二阶自抗扰控制器.车辆模型参数变化可以通过三阶扩张状态观测器进行观测和补偿.针对避让过程存在侧向加速度过大或产生阶跃、曲率不连续问题,引入三次B样条曲线对避让路径进行再规划.采用软件Carsim与Simulink联合仿真方法进行控制器性能验证.仿真结果表明,基于自抗扰方法设计的紧急避让路径跟踪控制器能够保证不同车型车辆很好地跟踪规划的轨迹,保证车辆稳定性.