基于模型预测的主动前轮转向与直接横摆力偶矩协同控制研究

为提高中低附着系数路面下车辆的侧向稳定性，构建了基于模型预测控制（MPC）的主动前轮转向（AFS）及直接横摆力偶矩（DYC）协同控制器，其决策层基于MPC获取附加横摆力偶矩，执行层由AFS和DYC控制协同修正前轮转角或施加轮缸制动压力。在双移线（DLC）工况下仿真验证了该策略的有效性，结果表明：路面附着系数为0.25时，车身侧偏角和横摆角速度分别稳定于-3.5°～3.5°和-16～16 (°)/s内，纵向车速稳定于88 km/h左右；路面附着系数为0.40时，纵向车速、车身侧偏角与横摆角速度等稳定性指标均有明显改善。综合分析表明，该AFS-DYC协同控制策略可显著改善中低附着系数条件下的操纵稳定性。     

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。     

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。     

基于整车模型的PEV理想横摆角速度确定方法

四轮独立驱动的纯电动汽车(Pure Electric Vehicle,PEV)的理想横摆角速度确定方法不同于传统汽车。为了使电子稳定程序(Electronic Stability Program,ESP)控制系统介入的时机更为恰当,提高车辆对驾驶员意图的响应性能以及避免系统介入不适当对驾驶员正常行驶意图的干扰,针对一种由4个轮毂电机独立驱动的PEV,在线性二自由度模型确定车辆理想横摆角速度的基础上,利用Matlab/Simulink建立七自由度整车模型,考虑不同路面附着系数和各轮垂直载荷的影响,提出了适用于四轮独立驱动PEV理想横摆角速度的修正算法。通过对固定前轮转向角的纯电动汽车在纯路面、对接路面以及分离路面上理想横摆角速度随车速变化的仿真结果进行分析,得出了PEV理想横摆角速度的变化规律,为四轮独立驱动PEV理想横摆角速度的确定提供了理论基础。     

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...     

基于横摆角速度的汽车ESP系统模糊反馈控制方法

作为一种先进的车辆主动安全技术,车辆电控稳定系统(ESP)已在国外许多高级轿车上得到应用。它是在ABS和ASR的基础上,增加了车辆转向行驶时横摆速率传感器、侧向加速传感器和方向盘转角传感器,通过这些传感器发出的信号监测车辆的状态和驾驶员的需求。当路面状况改变,使车辆行驶     

高速紧急转向对大客车侧翻稳定性影响的研究

为了研究大型客车驾驶员不同的紧急转向操作对客车行驶安全性所产生的影响,利用Trucksim软件,采用仿真建模的方法,选用轮胎载荷转移率LTR作为分析指标,通过多组不同路面条件、行驶速度和转角幅度下的车辆动力学的仿真试验,定量地比对分析了不同的紧急转向操作对大客车侧翻稳定性的影响。仿真结果表明,在干燥路面上,行驶速度和转角幅度与客车的侧翻稳定性呈负相关,即行驶速度越高,转角幅度越大,LTR越趋向于1。而在湿滑路面上,行驶速度和转角幅度与客车的侧滑稳定性呈负相关,即行驶速度越高,转角幅度越大,车辆越易发生侧滑。此外,客车在第2次回转时的侧翻风险性或侧滑风险性显著高于第1次紧急转向时的风险。     

基于LQR的重型半挂汽车列车稳定性控制策略

以半挂车的横摆角速度、侧向加速度、牵引车与半挂车的铰接角及铰接角速度为控制变量,建立了4自由度6轴重型半挂汽车列车的动力学参考模型,并应用ISO双移线工况对此模型进行验证。考虑到等速圆周稳态工况下行驶和地面附着系数等因素对汽车的限制,确定了控制变量横摆角速度和侧向加速度的参考值。采用基于线性二次型调节器(LQR)的最优控制策略及半挂汽车列车单侧制动方案,应用Trucksim软件对参考模型进行了鱼钩转向工况仿真分析。仿真结果表明:所提出的控制策略正确、有效,实现了提高半挂汽车列车稳定性的控制目标。     

主动前轮转向客车的操纵稳定性仿真分析

建立某大型客车的含侧向、横摆及侧倾三自由度动力学模型,通过方向盘角阶跃转向仿真结果和试验数据的比较,验证了仿真分析的准确性。采用横摆角速度跟踪主动前轮转向控制策略,结合比例积分控制方法,在考虑作动器动态特性和前轮转角饱和特性的基础上,对主动前轮转向控制前后的车辆进行直线行驶下的侧向风扰动和湿滑路面急转弯情况下的仿真对比分析。结果表明,主动前轮转向控制后的车辆其操纵稳定性和行车安全性都有较大的提高。     

多轮分布式电驱动车辆双重转向分层控制系统设计

为了提高多轮分布式电驱动车辆在复杂机动环境下的转向能力,设计了一种基于直接横摆力矩控制的双重转向系统。该控制系统采用分层结构,上层为横摆力矩决策层,下层为驱动力分配层。在控制系统上层,基于无迹卡尔曼滤波和递归最小二乘结合算法进行路面辨识;根据车辆状态信息和路面条件自适应调节滑移转向比,由车辆动力学模型和滑移转向比确定双重转向参考模型;针对滑模面附近非连续特性造成的控制信号抖动现象,将滑模控制算法进行改进,设计了滑模条件积分控制器,使车辆实际横摆角速度追踪双重转向参考模型计算出期望横摆角速度。系统下层在保证车辆总驱动力的前提下,基于控制分配规则将上层广义目标控制力需求分配至各执行器。最后,利用硬件在环实时仿真平台进行控制策略验证。结果表明,分层控制系统较好地实现了路面识别功能和车辆双重转向功能,针对不同路面工况对车辆进行了有效地行驶控制,减小了车辆在狭小弯曲地区的转弯半径,抑制了车辆状态参数及电机转矩的颤振和抖动,改善了车辆小半径行驶的转向机动性和高速行驶稳定性。     

基于驾驶人转向意图的双电机驱动电动汽车稳定性控制策略

为了使双电机驱动电动车在车辆稳定性控制过程中能够精确解读驾驶意图,使车辆实际行驶状态与驾驶意图期望的车辆行驶状态尽可能相符合,提出一种基于驾驶人意图辨识的稳定性控制策略.利用基于支持向量机递归特征消除(SVM-RFE)得到的特征参数构建基于长短期记忆(LSTM)模型的驾驶人转向意图辨识模型;基于转向意图识别结果,以方向...     

基于MPC的分布式驱动越野车辆原地转向控制研究

针对轮毂电机分布式驱动越野车辆在狭小空间快速机动的需求,设计了一种分层结构的原地转向控制策略。基于动力学原理分析了各轮载荷、附着条件对原地转向横摆速度的影响机理,并搭建原地转向运动学模型,上层采用模型预测控制算法设计原地转向理想轨迹以及期望的横摆角速度,开发基于PI滑模控制的横摆运动跟踪算法,通过补偿转向横摆力矩以提高方向角控制的鲁棒性和稳定性,下层以最优轮胎利用率为目标,设计二次规划算法优化分配各轮附加横摆力矩。dSPACE硬件在环测试结果表明,所提出的控制算法可在保证稳定性的前提下实现原地转向,大幅提高了车辆的转向机动性,在方向盘动态输入仿真中,车辆最大转弯半径为0.157 m,转向中心的最大偏移量为3.610 m;同时,驾驶员能对转向过程进行闭环控制,实现了原地转向过程中横摆速度的实时调节。     

Integrated control of brake pressure and rear-wheel steering to improve lateral stability with fuzzy logic

This study introduces an integrated dynamic control with steering (IDCS) system to improve vehicle handling and stability under severe driving conditions. It integrates an active rear-wheel steering control system and a direct yawmoment control system with fuzzy logic. Direct yaw-moment control is achieved by modifying the optimal slip of the front outer wheel. An 8-degree-of-freedom vehicle model was used to evaluate the proposed IDCS for various road conditions and driving inputs. The results show that the yaw rate tracked the reference yaw rate and that the body slip angle was reduced when the IDCS was employed, thereby increasing the controllability and stability of the vehicle on slippery roads. The IDCS system reduced the deviation from the center line for a vehicle running on a split m road.     

Lateral handling improvement with dynamic curvature control for an independent rear wheel drive EV

The integrated longitudinal and lateral dynamic motion control is important for four wheel independent drive (4WID) electric vehicles. Under critical driving conditions, direct yaw moment control (DYC) has been proved as effective for vehicle handling stability and maneuverability by implementing optimized torque distribution of each wheel, especially with independent wheel drive electric vehicles. The intended vehicle path upon driver steering input is heavily depending on the instantaneous vehicle speed, body side slip and yaw rate of a vehicle, which can directly affect the steering effort of driver. In this paper, we propose a dynamic curvature controller (DCC) by applying a the dynamic curvature of the path, derived from vehicle dynamic state variables; yaw rate, side slip angle, and speed of a vehicle. The proposed controller, combined with DYC and wheel longitudinal slip control, is to utilize the dynamic curvature as a target control parameter for a feedback, avoiding estimating the vehicle side-slip angle. The effectiveness of the proposed controller, in view of stability and improved handling, has been validated with numerical simulations and a series of experiments during cornering engaging a disturbance torque driven by two rear independent in-wheel motors of a 4WD micro electric vehicle.     

汽车防抱制动系统性能试验研究与分析

ABS系统与车辆的匹配是一个亟待解决的课题。为了优化针对ABS系统性能的试验方法,通过一系列不同道路附着系数、不同车辆行驶速度及车辆负荷的工况下,做了相关道路试验,以验证ABS系统的性能,并根据对车辆制动减速度和车轮转速的监测结果,验证试验方法的规范性,提出了增加车辆横摆角度和横摆角速度以评价车辆制动性能的建议。     

Modeling and control of an anti-lock brake and steering system for cooperative control on split-mu surfaces

The brake and steering systems in vehicles are the most effective actuators that directly affect the vehicle dynamics. In general, the brake system affects the longitudinal dynamics and the steering system affects the lateral dynamics; however, their effects are coupled when the vehicle is braking on a non-homogenous surface, such as a split-mu road. The yaw moment compensation of the steering control on a split-mu road is one of the basic functions of integrated or coordinated chassis control systems and has been demonstrated by several chassis suppliers. However, the disturbance yaw moment is generally compensated for using the yaw rate feedback or using wheel brake pressure measurement. Access to the wheel brake pressure through physical sensors is not cost effective; therefore, we modeled the hydraulic brake system to avoid using physical sensors and to estimate the brake pressure. The steering angle controller was designed to mitigate the non-symmetric braking force effect and to stabilize the yaw rate dynamics of the vehicle. An H-infinity design synthesis was used to take the system model and the estimation errors into account, and the designed controller was evaluated using vehicle tests.     

Vehicle sideslip estimation and compensation for banked road

The sideslip driving status is of fundamental importance to the stability of a vehicle. This paper presents a practical vehicle sideslip driving status estimation method that uses ESP (electronic stability program) sensors. ESP sensors such as wheel speed, lateral acceleration, yaw rate and steering wheel angle sensors are used to determine the sideslip driving status and distinguish a banked road. This estimation algorithm contains front-rear sideslip and banked road detection methods. The proposed sideslip estimation algorithm was designed to use the analytical redundancy of these sensors and Lagrange interpolation methods. The performance and effectiveness of the proposed estimation and compensation algorithm were investigated using vehicle tests. This paper presents the results of two cases that were used for the experimental verification: a curved flat road and banked road.     

分布式驱动电动汽车转向工况转矩分配控制研究

针对分布式驱动车辆转向工况在低速下期望提高转向机动性能,高速下期望保证行驶稳定性的需求,充分考虑转向行驶内外侧车轮的转向关系以及车辆动力学,制定了适应车速变化的四轮转矩分配策略,建立了四轮轮毂电机驱动模型以及二自由度参考模型。为了改善分布式驱动转向机动性能,建立自抗扰控制器调整内外侧车轮转矩,形成合理的转速差,减小转向半径,以提高转向机动性;对于高速转向行驶稳定性的需求,通过二次规划方法优化分配各车轮驱动力矩,分析轮胎纵横向附着裕度建立目标函数,并加入附加横摆力矩和路面附着力的限制,进行车轮驱动转矩的在线优化分配,提高车辆转向行驶的稳定性;另外为避免2种控制模式转换时驱动转矩突变,根据车速和稳定性参数制定模糊规则决策2种模式的协调系数,保证2种控制模式的平滑过渡。基于CarSim和MATLAB/Simulink进行联合仿真,并搭建硬件在环平台进行试验,对所提出的方法进行验证。结果表明：在低速转向工况下,提出的分配策略能够调节内外侧车轮产生差速效果,与转矩平均分配的策略相比,转向半径有所减小,提高车辆机动性;高速转向工况下,分配策略能够保证车辆稳定转向,与未考虑稳定性控制的分配策略相比,能更好地跟踪目标轨迹,且横摆角速度控制在参考横摆角速度附近,证明了所提控制策略的有效性。