基于相平面法的车辆直接横摆力矩控制研究

文章采用相平面法对包含非线性轮胎特征的车辆模型进行操纵稳定性研究。通过对车辆的状态变量构成的质心侧偏角-横摆角速度和质心侧偏角-质心侧偏角速度2种相平面进行分析,划分了车辆相平面的稳定性区域和非稳定性区域,并建立了稳定边界模型;在非稳定域内,利用车辆的失稳度表征车辆实时偏离稳定状态的程度,并基于失稳度设计了模糊神经网络-PID联合控制算法对车辆的操纵稳定性进行控制。仿真实验结果表明该文设计的控制策略能够有效提高车辆的操纵稳定性能。     

质心侧偏角相图在车辆ESC系统稳定性控制的应用

通过车辆七自由度模型和Uni-tire轮胎模型,对车辆质心侧偏角相图稳定区域边界进行研究,得到边界随车速及路面摩擦因数变化的关系. 建立了基于质心侧偏角相图稳定区域的车辆电子稳定性控制系统控制方法. 通过与基于理想横摆角速度的控制方法进行比较,文中确定的质心侧偏角稳定区域边界能够对车辆稳定性控制效果进行评价,也能够对车辆轨迹进行跟随.      

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。     

双线法与横摆角速度法联合的车辆稳定性判据

车辆稳定性判据决定了车辆稳定性控制系统的介入与退出时机,是车辆稳定性控制的基础.设计了一种基于相平面法的车辆稳定性判据,在传统双线法确定的稳定区域中引入横摆角速度法确定的稳定区域,设计联合车辆稳定性判据,协调对质心侧偏角和横摆角速度的控制,并获取稳定性判据的相应阈值变化的数据库,用于在控制过程中查表获得车辆的稳定区域边界.利用质心侧偏角和横摆角速度偏离函数表征控制变量偏离参考值的程度和车辆状态相对稳定区域边界的位置.极限工况下,当车辆状态超出稳定区域边界时,车辆稳定性控制应迅速介入,控制车辆状态回到稳定区域.     

基于广义能量法的车辆制动稳定性分析

运用广义能量法和能量相平面方法分析了车辆转弯制动过程中的非稳态特性和能量转换特性.结合魔术公式轮胎模型,建立了考虑载荷转移的车辆9DOF非线性动力学模型.基于VBOX惯性测量技术搭建车载稳定性测量系统验证了模型的可靠性,运用广义能量法和相平面分析方法建立了车辆能量转换分析模型.在Matlab环境下仿真分析了转弯制动工况下车辆能量时变及转换特性.结果表明,车辆制动初始时间区域为车辆失稳和施加控制的关键区域,在较小转向角制动时以横摆控制为主,转向角较大时应兼顾侧向控制和横摆控制.     

考虑行驶稳定性的四轮转向车辆路径跟踪控制研究

为了改善高速和低附着路面上无人驾驶车辆的行驶稳定性和保障行车安全,以四轮转向车辆为研究对象提出了一种考虑行驶稳定性的路径跟踪控制方法。首先基于模型预测控制算法设计了四轮转向路径跟踪控制器,然后根据质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面稳定域和零质心侧偏角控制目标设计了车辆状态参数包络约束,在路径跟踪算法中加入轮胎侧偏角约束和车辆状态参数包络约束,保证车辆行驶时的稳定性。CarSim和Simulink联合仿真结果表明,采用基于包络线稳定性控制策略的车辆在高速行驶时或在低附着路面上行驶时能保持良好的路径跟踪能力并具有较好的行驶稳定性。     

基于K均值聚类分析的车辆横向稳定性判定方法

针对既有车辆失稳判定方法存在的不足,开展了车辆横向稳定性关于模式识别的研究,提出了一种基于K均值聚类分析的车辆横向稳定性判别方法.利用CarSim建立整车动力学模型,采用K均值聚类算法对车辆行驶状态数据进行离线聚类分析,得到离线聚类质心及其危险等级.搭建CarSim与Simulink联合仿真平台,计算车辆实时行驶数据点与离线聚类质心之间的欧氏距离,设计了车辆横向稳定性判定指标,对车辆行驶稳定性进行了在线识别.该判定方法充分利用车辆离线数据和实时数据,对车辆行驶状态数据进行数据挖掘.仿真结果表明,该判定方法能够准确实时量化车辆的行驶稳定性,为控制系统的介入时机与程度提供判据.     

基于稳定域的车辆操纵稳定性控制策略评价

提出了应用稳定域评价车辆操纵稳定性控制策略效果的方法。建立了包含Pacejka轮胎魔术公式车辆三自由度非线性动力学模型,通过仿真和实车试验对比验证了模型的有效性。基于车辆非线性动力学模型,分析了车辆不同前轮转角条件下的相平面平衡点变化特性,获得了不同速度情况下的车辆稳态前轮临界转角。在构建车辆系统二次型函数的基础上,利用Lyapunov法和车辆系统稳定特性确定了车辆空间稳定域。基于经典的四轮转向和直接横摆力矩控制策略,从稳定域角度对控制策略效果进行了评价。车辆在满载条件下的蛇形仿真结果表明:应用上述方法确定的车辆行驶稳定域能够较好地表征车辆系统稳定性;稳定域是评价车辆稳定性控制策略的有效方法。     

线控转向稳定性控制设计

在线控转向系统中,方向盘和车轮相互独立,为车辆实现最佳的稳定性提供了很大的设计空间.本文通过Simulink和CarSim软件联合仿真建立了带有线控转向系统的车辆模型,对车辆模型进行了稳定性分析;提出了基于线控转向系统的主动安全控制算法;通过CarSim和LabVIEW联合建立的硬件在环试验平台实现了整车仿真数据与硬件台架信号的互相通信,并验证了主动安全控制算法.这为线控转向车辆稳定性的研究提供了一种新的思路和方法.     

基于时域差异关系的车辆电子稳定性控制系统判据

提出一种车辆电子稳定性控制系统(electronic stability control system,ESC)补充判据用于定性判定车辆平面运动过程中可能出现的后轴滑移工况.分别研究了二自由度侧向动力学系统方程与考虑纵向加速度因素的三自由度系统方程稳定性判定方法,考虑了车轴切向力与载荷变换对轮胎侧偏特性的综合影响.通过瞬态稳定性分析方法,得到了动力学系统稳定性变化和车辆实际稳定性变化之间可以量化的时域差异关系,基于这种时域差异关系建立了稳定性超前控制方案与理论模型,以理论模型在工况切换瞬态的系统平衡点特性作为控制判据,并且对现有ESC判据应对后轴滑移工况的有效作用时间进行评价.研究表明,特定工况下横摆角速度最大值定义的约束边界与车辆实际稳定性变化边界接近,ESC系统进行控制的时间差有限,超前控制判据理论上可以更早预测车辆运动状态变化.     

基于LSTM和改进TTR算法的车辆辅助驾驶侧翻预警

以提高侧翻预警中对侧翻风险的预测和判断为目标，为了给驾驶员或其他驾驶辅助系统确定对车辆进行控制的介入时机提供重要依据，提出了一种更高效准确的侧翻预警算法.首先建立三自由度车辆预警参考模型；选取相平面法划分侧倾稳定域为侧翻指标，根据三自由度模型响应，设计改进侧翻预测时间（TTR）算法并计算TTR.分析结果表明，相平面侧翻指标接近实际横向载荷转移率（LTR），比LTR常用的表达形式更准确地表述了车辆状态，且改进的TTR也更加接近实际TTR.然后建立长短期记忆网络（LSTM）模型来取代改进TTR算法，提高预警计算效率，模型输出的TTR值作为车辆预警控制的依据.最后通过驾驶员在环（DIL）试验采集数据，对LSTM模型进行训练，并在两种工况下，仿真验证了此侧翻预警方法具有对侧翻风险预测的准确性和更高的实时性.     

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Lyapunov的客车稳定域估计

针对平面稳定域在评价车辆稳定性方面的不足,提出了客车空间稳定域的一种估计方法.建立了包含Pacejka轮胎魔术公式的客车三自由度非线性动力学模型,通过仿真和实车试验对比验证了所建模型的有效性.基于客车非线性动力学模型,构建了系统Jacobian矩阵,应用霍尔维茨(Hurwitz)判据分析了车辆系统稳定性随前轮转角变化情况以及车辆的临界状态.在构建客车系统二次型能量函数的基础上,利用Lyapunov法和车辆系统稳定特性确定了客车空间稳定域.客车在满载条件下的蛇形试验结果表明:应用上述方法确定的客车行驶稳定域能够较好地表征车辆系统稳定性,可为客车操纵稳定性评价和控制提供有益参考.     

分布式驱动电动方程式赛车扭矩分配策略

本文旨在提高分布式驱动电动方程式赛车在高速转弯时的操纵稳定性,提出一种基于模糊神经网络算法的驱动扭矩分配策略。首先,基于车辆二自由度模型设计质心侧偏角观测器获取实际质心侧偏角;其次,以横摆角速度和质心侧偏角作为控制变量,基于模糊神经网络算法设计扭矩分配控制器来控制车辆行驶状态。运用Matlab/Simulink和Carsim仿真软件建立车身稳定性控制系统的联合仿真模型,并对蛇行绕桩与双移线工况进行仿真分析和实车测试。试验结果验证了所提扭矩控制策略的可行性和有效性。     

基于直接横摆力矩和发动机扭矩调节的汽车侧向稳定性控制

为了提高传统乘用车的安全性能,对电子稳定性控制系统的控制方法和策略进行了研究。首先研究了直接横摆力矩控制介入时机以及发动机扭矩调节控制介入时机等问题,分别采用■相平面法和纵向速度门限值法来判断;然后设计了基于滑模控制算法的直接横摆力矩控制算法,其目标值计算依靠线性二自由度模型;发动机扭矩调节则利用模糊算法计算得到,输入值主要是车辆状态参数和驾驶员对方向盘的输入;再采用MATLAB/Simulink、AMESim、Carsim软件联仿的方式进行正弦迟滞工况仿真和方向盘增幅工况仿真,仿真结果表明配合控制算法的有效性;最后进行夏季实车实验,依据高附双移线工况实验数据,表明设计的方法符合ISO-3888-1标准。     

基于路面识别的车辆半主动悬架控制

以实现悬架自适应半主动控制为目的,基于多目标优化算法及路面识别,针对车辆平顺性与操纵稳定性进行研究.首先建立1/4车辆等效天棚控制模型,并根据系统动力学关系推导车辆簧载质量加速度及轮胎动载荷的解析解表达式,然后利用基于遗传算法的多目标优化算法求取Pareto最优解集.依据路面识别得到的路面等级分配控制权重,以获得不同路面对应的控制增益.仿真结果显示,基于路面识别的半主动悬架自适应控制系统能够通过调节权重获得不同路面行驶条件下平顺性与操纵稳定性之间的平衡.     

含分数阶导数的1/4悬架模型时滞反馈控制研究

针对具有时滞减振主动控制技术的车辆悬架,研究分数阶导数和时滞减振联合控制对车辆悬架系统振动的影响。将含有分数阶导数的时滞反馈控制加入到1/4车辆模型中,运用稳定性切换法对系统的稳定性问题进行分析,得到系统稳定的时滞区间。根据车辆平顺性指标,在频域范围内建立基于振动响应量加权均方根值的优化目标函数。利用粒子群优化算法快速寻优特点获取最优时滞反馈控制参数得到优化控制参数;并对系统在时域下进行振动响应仿真分析。仿真结果表明,在简谐激励和路面随机激励下,分数阶导数和时滞减振主动控制技术联合应用到悬架系统中能取得良好的减振效果,可以较好地减小车身振动,提高车辆的平顺性,为车辆悬架主动控制技术提供理论依据。     

紧急制动工况下车辆的PI稳定性控制

针对制动工况中的汽车,建立9自由度车辆动力学模型,并基于车辆动力学模型,采用比例-积分(PI)稳定性控制逻辑算法对车辆的行驶状况及运动姿态进行控制.最后,利用CarSim和MATLAB/Simulink联合仿真平台,结合低附着系数路面和对开路面的紧急制动工况进行离线仿真.仿真结果表明:采用稳定性控制逻辑算法可以改善车辆的纵向运动状态,有效地抑制车辆的侧向运动,有助于提高车辆的稳定性.     

基于人-车-路的类菱形车侧向动力学分析

车辆在高速行驶时,驾驶员和道路环境对车辆的操纵稳定性会有很大影响.考虑驾驶员特性和道路特性的人—车—路闭环系统更能评价车辆的操纵稳定性,采用"单点预瞄最优曲率"驾驶员模型和蛇行道路模型,在类菱形车二自由度模型的基础上构建了类菱形车闭环系统并进行了仿真分析.通过蛇行试验验证了类菱形车良好的操纵稳定性,并将试验结果与仿真结果进行了对比分析,分析表明,模型仿真结果与试验结果具有很好的一致性.     

基于状态反馈的四轮转向汽车最优控制

为了充分发挥四轮转向技术在改善汽车操纵稳定性方面的优势,对车辆转向的理想状态进行了分析,构建了理想转向模型.依据具有二次型性能指标的最优控制理论,以车辆转向理想模型作为跟踪目标,采用基于状态反馈和前轮前馈的控制策略,对四轮转向汽车后轮转向控制规律进行了研究,并推导了后轮转角最优控制算法.利用Matlab/Simulink工具,对所提出的后轮转向最优控制方法在不同侧重的权值下,分别与比例控制四轮转向汽车和传统的前轮转向汽车进行了动力学仿真对比.仿真结果表明:所设计的后轮转角最优控制器改善了车辆转向的瞬态与稳态响应特性,其瞬态响应的超调量减少,稳定时间缩短;侧向滑移的稳态值有所降低,从而提高了车辆转向的操纵稳定性.