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基于直接横摆力矩控制的车辆稳定性研究

刘翔宇  
【摘要】: 随着车辆行驶速度的提高,以及人们对行车安全要求的提高,汽车的安全性成为当前汽车研究中重要的一部分。车辆稳定性控制系统(Vehicle Stability Control,VSC)在制动防抱死系统(Anti-lock Braking System,ABS)、驱动力控制系统(Traction Control System,TCS)的基础上增加了主动横摆控制(Active Yaw Control,AYC)功能。通过方向盘转角传感器和陀螺仪来监测汽车运行参数,并计算驾驶员的期望行车轨迹,在发现汽车有偏离期望行车轨迹的趋势时施加控制,从而避免汽车出现侧向的滑移。不同于传统的被动安全系统,如安全带、保险杠等,VSC作为主动安全装置,旨在危险发生前做出控制,避免事故的发生。由于VSC主要通过纵向力来施加控制车身的侧向运动姿态,因此其控制策略比较复杂,本文以VSC作为研究对象做了以下研究: (1)建立了七自由度整车模型、Dugoff轮胎模型、二自由度半车模型和液压制动系统模型,用于理论研究,在Matlab/simulink中对以上模型进行建模,并对汽车在高低附着路面的运行情况进行了仿真。 (2)分析了汽车丧失侧向稳定性的原因,以及横摆角速度和质心侧偏角对汽车稳定性的影响;对直接横摆力矩控制(Direct Yaw-moment Control,DYC)策略的工作原理进行了分析,并采用滑模控制算法设计了控制器和滑移率控制器,最后在Matlab/simulink中进行了仿真。 (3)建立了包含侧向风的8自由度整车模型,用于分析侧向风对直接横摆力矩控制的影响,并采用H_∞控制策略设计了抑制侧向风干扰的DYC控制器。 (4)提出了采用动态边界来控制质心侧偏角的VSC控制策略。采用车轮侧向力的极限计算质心侧偏角的极限边界;采用横摆角速度增益判断汽车是否处于非线性状态,对处于非线性状态的汽车进行控制,使保持稳定状态。 (5)分析了路面对车轮侧偏特性的影响,提出了在转向工况下通过前轮侧偏角估算路面附着系数的方法。设计了扩展卡尔曼滤波器来估算汽车的纵、侧向速度,采用BP神经网络算法设计了路面附着系数估算程序。 (6)采用ARM7芯片设计了VSC ECU,基于μC/OS-Ⅱ设计了VSC控制程序,并建立了硬件在环平台,对该ECU进行了测试。


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