基于直接横摆力偶矩控制的中置轴汽车列车操纵稳定性研究

建立了中置轴汽车列车4自由度参考模型及多自由度非线性仿真模型,并通过单移线实车试验验证了模型的正确性。利用模糊控制和PID控制方法建立了中置轴汽车列车横摆力偶矩控制(DYC)模型,通过TrukSim及Simulink建立了联合仿真平台,并进行不同附着系数路面上单移线仿真。仿真结果表明,施加DYC后,列车低附着系数路面横摆角速度后部放大系数和质心侧偏角后部放大系数分别减小26.5%、29.9%,最大铰接角速度减小18.4%,大幅改善了中置轴汽车列车的操纵稳定性,降低了折叠事故发生的可能性。     

基于Nash博弈的分布式驱动电动汽车横摆稳定性协调控制策略

为提高轮毂电机驱动电动汽车在高速、低附着等危险工况下的侧向稳定性,提出一种基于Nash博弈的协同控制策略,采用上下双层控制结构进行稳定性控制策略的设计。上层引入Nash博弈协调控制策略决策前轮转角和附加横摆力矩,跟踪期望横摆角速度和质心侧偏角;下层根据轴荷比例分配四个车轮的驱动力矩。并在CarSim/Simulink的联合仿真平台进行危险工况下双移线仿真试验,结果表明,相比于只进行主动前轮转向控制,在潮湿沥青路面以75km/h行驶时,采用基于Nash博弈的协调控制策略横摆角速度最大误差为2.25°,侧向速度最大误差为0.12 m/s,且保持良好的路径跟踪性能;通过适当协调主动前轮转向（AFS）和直接横摆力矩控制（DYC）的动作,文章所提出的控制策略可以有效地提高横向稳定性,保证车辆在危险行驶工况下正常行驶。     

基于相空间三维动态稳定域的重型车辆稳定性控制策略研究

重型商用车存在转动惯量大、控制响应慢等特点。针对重型商用车，基于质心侧偏角、横摆角速度、垂向载荷转移系数设计了三维相空间分析方法，从而判断车辆的实时稳定状态。针对不同的车辆行驶状态，采用AFS控制和AFS/DYC分级控制，并基于利用附着系数设计了可拓控制方法，从而补偿前轮转角和横摆力矩的控制输出，以保证控制器在不同工况下的鲁棒性。通过TruckSim/Simulink联合仿真和硬件在环实验验证了该方法的有效性，并在仿真中通过■判断和■判断对比证明了相空间动态稳定域的优越性。仿真和实验结果表明：相比单纯以驾驶员意图操纵车辆，所设计的基于可拓H_∞的AFS/DYC分级控制策略可以保证车辆在不同工况下的稳定性，尤其在低附着路面上表现出更好的稳定性，可有效降低车辆在极端工况下发生交通事故的概率。     

融合预瞄特性的智能电动汽车稳定性模型预测控制研究

提出了一种融合预瞄特性的智能电动汽车稳定性前馈+反馈控制方法。建立车辆预瞄模型，通过汽车在环境感知时的前视行为，引入道路曲率作为车辆动力学特性的影响因素。基于在前视信息指导下的车辆位姿变化，根据道路附着能力和车速指数模型描述期望纵向车速，建立轮胎侧偏刚度补偿的稳定性前馈控制方法。同时，采用模型预测控制（MPC）设计稳定性反馈控制律，根据车辆的预瞄信息自适应调整预测模型参数和预测时间，消除前馈控制误差及路面扰动等不确定性因素带来的影响。研究结果表明，本文提出的控制策略下汽车质心侧偏角、横摆角速度和侧向加速度小，且跟踪精度更高。仿真试验中，相比于无控制、MPC反馈控制与前馈+定参数MPC反馈控制，本文提出的控制策略在双移线工况1下质心侧偏角峰值分别减小了41.3%、28.9%和10.0%，横摆角速度峰值分别减小了18.0%、6.7%和2.0%，双移线工况2下质心侧偏角峰值分别减小了27.2%、8.7%和8.0%，横摆角速度峰值分别减小了16.9%、12.9%和8.6%；相比于MPC反馈控制与前馈+定参数MPC反馈控制，在蛇行工况1下，质心侧偏角峰值分别减小了49.8%与34.8%，横摆角速...     

4WIS-4WID车辆横摆稳定性AFS+ARS+DYC滑模控制

针对四轮独立转向-独立驱动(4WIS-4WID)车辆,应用滑模变结构控制理论,设计前、后轮主动转向(AFS+ARS)控制器、横摆角速度直接横摆力矩控制(DYC)控制器和质心侧偏角DYC控制器。为协调横摆角速度和质心侧偏角间的耦合设计了协调控制器,对附加横摆力矩实施车轮驱动/制动协同分配。引入2自由度4WIS-4WID车辆参考模型,并将其横摆角速度和质心侧偏角的状态反馈给AFS+ARS控制器,完成AFS+ARS和DYC控制系统的集成。加入不确定车辆自身参数和阵风干扰,将控制策略应用于16自由度4WIS-4WID车辆模型上进行仿真验证,并与单纯AFS+ARS、传统PID和差压制动的DYC进行对比。结果表明,所设计的控制策略同时提高了系统的抗干扰性和精确性;拓展了系统的稳定域,进一步提高了车辆的主动安全性。     

基于改进分层可拓理论的智能汽车AFS/DYC协调控制

针对紧急避障及大曲率工况的稳定控制难题，提出基于改进分层可拓理论的AFS和DYC协调控制系统，引入了鲸鱼算法解决了可拓边界的自适应划分问题，既简化了分层可拓理论的边界确定过程，又遏制了控制器的一些较为强烈的输出振荡，显著提高了车辆控制的稳定性和安全性。所提AFS/DYC协调控制系统分上下两层，上层是改进分层可拓协调模块，下层是AFS/DYC控制器模块。上层可拓协调模块主要通过横摆角速度、纵向车速以及规划路径曲率来确定AFS和DYC的权重系数，下层控制器模块主要通过上层协调模块确定的权重系数来分配AFS和DYC的输出量，最终实现对智能车辆的稳定性控制。Carsim和Simulink联合仿真结果表明，所提协调控制系统在紧急避障、双移线等大曲率及曲率突变工况下，对横摆角速度和纵向车速的控制效果相较于分层可拓控制、普通可拓控制均有较大提升。     

基于路面附着系数估计的车辆轨迹跟踪控制

针对车辆在高速转向和不同路面附着系数下的轨迹跟踪控制问题，基于模型预测控制理论提出了一种考虑路面附着系数的变侧偏角约束MPC控制策略。根据魔术公式轮胎模型分析轮胎的侧偏特性以及不同附着系数对轮胎侧偏角-侧向力线性区的影响，建立轮胎侧偏角约束与不同路面附着系数的函数关系；采用遗传算法（GA）优化BP神经网络模型设计路面附着系数估计器，将估计结果作为与轮胎侧偏角约束相关的变量传递到MPC控制器中；最后在MPC控制器中建立系统控制量约束、控制增量约束，以及考虑路面附着系数的变侧偏角约束，将不同路面附着系数工况下的轨迹跟踪问题转化为多约束条件下最优值求解问题，实现轨迹跟踪和车辆稳定性控制。仿真和试验结果表明，考虑路面附着系数变化的MPC控制方法相对传统MPC控制方法在各种工况下具有更高的轨迹跟踪精度和更好的车辆稳定性，GA-BP神经网络路面系数估计方法具有很高的估计精度。     

基于路面识别的汽车稳定系统滑模控制

深入分析了质心侧偏角、横摆角速度和路面附着系数与汽车稳定性之间的关系,根据汽车线性2自由度模型获得了汽车期望质心侧偏角和期望横摆角速度的稳定值,并提出了基于递归最小二乘法的路面附着系数识别算法。在此基础上,基于滑模控制理论采用指数趋近律分别设计了横摆角速度、质心侧偏角和两者联合为控制变量的汽车稳定滑模控制器,获得附加横摆力矩。Car Sim/Simulink仿真验证了所提出的路面附着系数估算算法的正确性和对应路面附着系数下汽车稳定控制策略的有效性。同时,基于Car Sim/Lab VIEW RT的硬件在环仿真试验,验证了所提出控制策略的可行性。     

大型客车横向稳定性仿真分析

为了给营运客车横向稳定状态监测提供理论依据,针对极限工况下状态参数的临界值仿真结果,进行了营运客车稳定区域边界条件的研究。基于非线性三自由度车辆模型建立了基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的状态参数估计器,对营运客车的质心侧偏角和横摆角速度进行实时估计,并利用Trucksim验证估计值具有较好的一致性和状态跟随能力。基于MATLAB/Simulink建立非线性七自由度车辆模型,分析不同行驶状态参数对质心侧偏角-质心侧偏角速度（β-β）相平面稳定区域边界的影响,基于仿真数据确定了以车速、前轮转角和路面附着系数为变量的稳定区域边界条件,结合状态估计模型获得以β-β决定的控制变量。在Trucksim中进行连续正弦方向盘转角输入标准稳定性试验,通过分析营运客车行驶过程中控制变量的曲线变化趋势是否超出稳定区域边界确定车辆的运行状态。结果表明：营运客车以60 km·h^-1车速、小方向盘转角行驶在低附着系数（μ=0.3）路面和高附着系数（μ=0.85）路面时,横摆角速度对驾驶人的意图（方形盘转角曲线趋势）有很好的跟随能力,具有较小的延迟响应,车辆处于稳定状态,此时控制变量曲线一直处于稳定区域内;当相同工况下以大方向盘转角输入时,横摆角速度已经不能很好地跟随驾驶人意图,且低附着系数路面下,在3.5 s左右时方向盘转角已经回正,但横摆角速度仍位于最大值,具有较大的延迟,营运客车发生急转侧滑;高附着系数路面下第2.5 s和第6.2 s左右车辆发生严重偏移,车辆处于失稳状态,而对应时刻的控制变量曲线部分超出稳定边界,验证了营运客车横向稳定状态判据的准确性。     

基于模型预测控制的主动四轮转向车辆稳定性研究

为提高汽车在高速、低附着系数路面下的操纵稳定性,论文设计模型预测控制器跟踪线性二自由度理想模型,得到横摆角速度与质心侧偏角偏差,然后由二次规划算法计算实际的四个车轮转角,并在Carsim软件中建立开环角阶跃工况进行联合仿真。结果表明:文章所设计的基于模型预测控制的主动四轮转向汽车相对于前轮转向,能够有效降低整车角阶跃输入下的横摆角速度与质心侧偏角,更好地跟踪理想控制目标,主动四轮转向汽车提高了整车的操纵稳定性和路径跟随精度。     

车辆转向工况下的路面附着系数估计算法

提出了一种在转向工况下根据车轮侧偏特性估计路面附着系数的算法.首先在Matlab/Simulink中建立了七自由度整车模型,分析了车轮的侧偏特性;然后设计了扩展卡尔曼滤波器,以根据车辆的纵、侧向加速度,估算车辆的纵、侧向速度,并据此计算出车轮的侧偏角;最后,采用反向传播神经网络算法,根据前轮侧偏角和横摆角速度及其增益,估计路面附着系数.仿真结果验证了该算法的有效性.     

线性二自由度汽车模型稳态响应分析

横摆角速度和质心侧偏角是描述汽车稳定性的两个重要指标,汽车在高速行驶时,驾驶员紧急转向会导致车辆失去控制,很容易造成侧滑乃至翻车等严重交通事故,因此有必要对汽车操纵稳定性进行分析。本文建立了汽车线性二自由度系统的数学模型,应用仿真分析软件Matlab/simulink,以前轮转角为输入,对系统进行时域分析。比较不同车速、不同前轮转角和不同轮胎侧偏刚度下的稳态响应曲线,分析汽车横摆角速度和质心侧偏角对汽车操纵稳定性的影响。若汽车选用侧偏刚度的轮胎,在较低的车速和较小的前轮转角下行驶,是较为安全的。     

汽车主动转向与直接横摆力矩协调控制

为了提高汽车的操纵稳定性和行驶稳定性，分别对主动转向及直接横摆力矩控制进行了研究。根据汽车线性二自由度模型获得汽车稳态工况下的期望横摆角速度和期望质心侧偏角，设计了上层控制器和下层控制器，其中上层控制器为主动转向与直接横摆力矩功能分配的协调控制，下层控制器采用单神经元自适应PID算法设计了主动转向控制器和直接横摆力矩控制器。基于汽车行驶稳定性指标设计了调度参数，以实现主动转向和直接横摆力矩的协调控制。分别选取高附着系数路面和低附着系数路面进行了正弦输入试验和阶跃输入试验，结果表明所设计的控制系统能够很好地提高线控转向汽车的操纵稳定性和行驶稳定性。     

分布式电驱动汽车原地转向机理与控制方法研究

分布式电驱动汽车能够通过原地转向功能提高车辆的机动性。原地转向下车辆的4个车轮均处于滑移状态,极易发生车身偏移甚至失控。为了实现稳定精准的原地转向控制,分析了原地转向的动力学机理,并提出横摆角速度与滑转率协同的控制策略。基于纵向动力学设计路面附着估计算法,完成原地转向前的路面状况判断;采用了分层式控制架构,上层控制器基于车辆状态协调转矩控制策略,下层控制设计横摆角速度决策框架,根据油门开度计算原地转向的名义横摆角速度,基于二次性能指标的单神经元自适应PID控制算法计算四轮驱动转矩,以实现横摆角速度的跟踪控制,并引入模糊逻辑推理得到四轮期望滑转率,通过PID算法计算驱动转矩调节量,配合横摆角速度转矩控制以抑制转向中心的偏移。仿真测试和实车试验表明：在附着系数一定的情况下,稳态原地转向的轮胎视为刚体,侧偏角与地面侧向反作用力基本不变,试验结果符合所推断的原地转向动力学机理;并验证横摆角速度跟踪控制算法在不同附着系数下具有理想的跟踪效果和鲁棒性,响应速度相比于PID提高46%,最大超调量减小24.0%,平均调节时间缩短1.3 s,平均稳态误差均在0.01 (°)·s^-1...     

基于PSO-BP优化MPC的无人驾驶汽车路径跟踪控制研究

针对模型预测控制（MPC）路径跟踪控制器在不同路面附着系数及车速下跟踪误差大的问题，提出了基于粒子群寻优（PSO）-反向传播（BP）神经网络优化MPC的无人驾驶汽车路径跟踪控制策略。首先，设计了MPC路径跟踪控制器；其次，利用PSO-BP对MPC进行优化，以控制器精度和车辆稳定性作为评价函数，获得PSO离线最优时域参数；最后，选择4种工况进行双移线跟踪对比仿真验证。结果表明：所提出的控制策略在保证行驶稳定性的条件下，低路面附着系数低速、高路面附着系数低速、高路面附着系数高速及中路面附着系数中速工况下双移线跟踪横向控制精度分别提高了50%、55%、9%和20%。     

基于联合滑模变结构的电动轮汽车DYC系统研究

设计了基于横摆角速度与质心侧偏角的联合滑模变结构控制策略,基于Car Sim和MATLAB软件建立了电动轮汽车整车模型和整车控制模型,对电动轮汽车的驱动DYC系统进行了仿真分析。结果表明,设计的联合滑模变结构控制器具有良好的鲁棒性,能较好地控制车辆的横摆角速度和质心侧偏角;所采用的轴载比例分配算法对车辆的纵向加速度影响较小,既实现了车辆横向稳定性的控制,同时提高了车辆的舒适性。     

商用车电液耦合转向系统主动回正控制研究

针对装有传统液压助力转向系统的商用车在回正过程中存在低速回正不足或高速回正过度的问题,综合考虑载荷转移、路面条件和轮胎非线性等对回正工况的影响,基于电液耦合转向系统,设计一种车辆质心侧偏角和横摆角速度联合控制的非线性滑模控制器。针对控制算法部分状态量难以获取和影响车辆回正稳定性的路面附着系数难以直接测量的问题,利用UKF观测器为滑模控制器动态估计车辆状态信息和路面附着系数,并将质心侧偏角的观测值和横摆角速度与其期望值之差作为控制系统输入,来求取回正控制所需的转角修正量。最后通过TruckSim、Matlab/Simulink和转向试验台架对不同工况下的转向回正性能进行仿真和台架试验,结果表明,所提出的主动回正控制策略可有效提高转向盘回正的稳定性和控制精准性。     

基于多参数控制的分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制策略研究

为改善高速低附着路面上的车辆动力学性能，本文针对分布式驱动电动汽车提出一种基于多参数控制的操纵稳定性控制策略，包括上层轨迹跟踪控制和下层转矩分配控制。上层控制器设计基于2自由度车辆模型和驾驶员预瞄偏差模型，提出了MPC轨迹跟踪控制策略，实现对侧向偏差、横摆角偏差、质心侧偏角、横摆角速度的多参数控制。下层控制器以轮胎负荷率最小为优化目标，获得4个车轮电机转矩的最优分配量，借助于7自由度动力学模型，在双移线、蛇行工况下完成了CarSim-Simulink联合仿真。结果表明：提出的控制策略改善了高速、低附着工况下的操纵稳定性和轨迹跟踪精度。     

四轮独立转向电动汽车转向控制方法

本文中对四轮独立转向电动汽车的转向控制方法进行研究。首先,基于前轮转向车辆的理想横摆角速度模型,建立四轮独立转向2自由度动力学模型。接着,以四轮侧偏角之和绝对值最小化作为优化目标函数,以质心侧偏角为零和理想横摆角速度作为约束条件,采用线型优化算法求解系统前馈控制器。再以轮胎侧偏角和横摆转矩为输入建立线性控制模型,运用最优区域极点配置方法设计反馈控制器。最后,建立人-车-路闭环仿真系统,分别进行双移线道路仿真实验和对开路面上的行驶仿真实验。结果表明,控制器能根据路面附着情况分配各轮转角,保证车辆跟踪理想状态。实车双移线实验进一步验证了控制器对车辆理想状态良好的跟踪精度。     

A Study on the Variable-gain Tracking Control for the Four Wheel Steering System of Vehicles

在分析车身侧倾对转向系统影响的基础上,对转向系统通常采用的参考模型进行修改,并探讨了轮胎侧偏刚度和车速对参考模型横摆角速度的影响.得出结论为,轮胎侧偏刚度对参考模型的横摆角速度增益有较大影响:前轮侧偏刚度的降低使横摆角速度大致成比例地减小.利用最优前馈和反馈控制方法,提出了四轮转向变增益跟踪控制策略.采用非线性半经验轮胎模型的仿真结果表明,所提出的变增益跟踪控制策略对车辆的操纵稳定性有重大改善.