极限工况下车辆行驶的稳定性判据

极限工况下车辆行驶的稳定性判据是车辆稳定性控制系统的基础,决定了车辆稳定性控制系统介入的时机。选取横摆角速度法、侧向加速度法、独立转向梯度法、转向半径法四种基于线性2自由度车辆模型的稳定性判据。选取质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面分析车辆行驶的稳定性,提出改进的五参数菱形法确定车辆状态稳定区域,以此作为基于非线性车辆模型的稳定性判据。以轮胎力法为基准判据,针对各判据介入的时效性,设计稳定性判据对比方法,在建立的CarsimMatlab/Simulink车辆联合仿真平台上,通过多种工况对各稳定性判据进行验证及对比。结果表明所建立的各判据对车辆行驶状态的判定效果存在显著差异,其中横摆角速度法、转向半径法和五参数菱形法的准确性较高,且之间存在互补性。     

汽车动力学模型仿真

为了模拟汽车的操控稳定性,在MATLAB/SIMULINK平台上建立了七自由度车辆动力学仿真模型.嵌入某汽车参数后,对模型进行了前轮转角阶跃输入下的仿真分析.结果表明,搭建的模型可以真实地反映车辆运动特性的变化.     

基于模型预测控制的人车路闭环系统建模

为研究驾驶员和车辆在极限工况下的表现,建立了人-车-路闭环系统仿真模型。首先,研究了基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的驾驶员模型,利用非线性二自由度车辆预测模型,以使轨迹跟踪误差最小的最优方向盘转角作为驾驶员模型对控制车辆的输入;利用Car Sim车辆动力学仿真软件,对目标车辆进行了参数化建模与实车试验验证。最后,采用双移线工况对建立的人-车-路闭环系统仿真结果进行了验证分析。     

模型预测控制的主动横向稳定杆研究

针对极限工况下汽车的操纵稳定性问题,建立八自由度整车模型以及小角度假设下的非线性动力学模型。通过MATLAB软件对理想侧倾角关于侧向加速度的分段函数进行拟合处理,得到理想侧倾角的连续目标函数。设计基于模型预测控制理论的主动横向稳定杆控制器,完成了CarSim和Simulink联合仿真平台搭建,并在双移线和弯道制动这两种典型操纵稳定性评价工况下进行仿真试验。从试验数据对比分析中可以得出,在两种典型试验工况下车辆的性能评价参数值均得到较为理想的改善,进而提高了对车辆的稳定性控制。     

基于功能分配与多目标模糊决策的EPS和ESP协调控制

建立7自由度整车模型和汽车电子稳定性程序(Electronic stability program,ESP)与电动助力转向系统(Electric power steering,EPS)功能分配协调控制模型,对ESP应用参数自整定模糊PID控制,对EPS运用H∞鲁棒控制,并进行功能分配控制器的设计,功能分配控制器通过运用多目标模糊决策来决定ESP与EPS控制器的功能分配系数,从而实现功能分配控制。基于Matlab/simulink软件,在双移线工况下进行仿真。仿真结果证明,所建立的ESP与EPS功能分配控制模型与控制策略能够明显改善车辆在高速紧急转向下的操纵和侧向稳定性。进行硬件在环试验,试验结果和仿真结果一致。     

基于Isight的电动助力转向系统集成优化

为了兼顾整车的操纵稳定性和电动助力转向系统(EPS)参数优化的便利性,采用Isight优化软件和Simulink仿真平台对EPS进行了优化研究。建立了EPS和七自由度整车的集成动力学模型,引用总方差评价方法建立了EPS的多目标优化模型,并基于Isight和Simulink软件完成了EPS和整车模型的集成优化。结果表明,集成七自由度整车模型的EPS系统优化,使得驾驶员转向更加轻便、整车的操纵稳定性得到进一步提升,同时,基于Isight和Simulink平台的集成优化过程省去了目标函数的繁琐推导过程,也使得EPS系统参数的优化更加方便。     

采用卡尔曼滤波的电子稳定性程序分析

汽车的横摆加速度过大会引起过度转向和过多不足转向等危险工况。采用线性二自由度车辆模型计算目标横摆角速度和目标质心侧偏角,运用卡尔曼滤波理论实时估算汽车的质心侧偏角并结合横摆角速度传感器对车辆稳定状态进行监测,提出了基于横摆角速度和质心侧偏角的ESP控制方法,着重介绍了ESP逻辑判断准则,应用Matlab/Simulink软件实现相应的电子稳定控制策略,同时利用AMESim软件中的15自由度整车模型建立AMESim-Simulink联合仿真模型,仿真结果验证了所提出的质心侧偏角估算的可行性及稳定性控制策略的有效性。     

氢燃料电池客车动力传动系统参数匹配研究

基于传动系部件参数直接影响车辆性能的事实,以车辆项目开发参数为目标,对某款氢燃料电池客车的动力传动系统进行了参数匹配研究;综合CRUISE与MATLAB软件的优点,通过软件交付的方法建立了该车型动力传动系统仿真模型,对整车进行在线仿真分析及试验验证。仿真结果表明:氢燃料电池客车最高车速、加速度、峰值扭矩等参数满足氢燃料电池客车所需的目标动力性能,客车动力传动系统的经济性能在满足要求的前提下并保留一定的裕量;氢燃料电池堆工作点发电策略有效,动力传动系统参数匹配合理,验证了氢燃料电池客车零部件参数选型的匹配策略。     

自适应抗扰算法的四轮驱动EV转矩控制研究

针对分布式驱动电动汽车动力学模型参数非线性扰动影响转矩控制的问题,提出一种新的转矩自适应分层控制方法。建立四轮独立驱动电动汽车二自由度车辆动力学模型及车辆期望动力学模型,设计线性二次型最优控制器实现车辆对理想二自由度模型横摆稳定性参数的跟踪控制,计算出主动附加横摆控制力矩。针对车辆动力学模型参数扰动情况,基于李雅普诺夫稳定性理论,运用自适应控制算法提升线性二次型最优控制器的自适应能力,减小控制对象参数变动造成的控制偏差。搭建CarSim与MATLAB/Simulink联合仿真平台验证了该方法的有效性。仿真实验表明,所设计自适应抗扰转矩控制器可有效提升四轮独立驱动电动汽车的横摆稳定性。     

考虑车身侧倾的四轴车辆操纵稳定性模型研究

为掌握四轴车辆操纵稳定性的基本特性,基于动量定理和动量矩定理,建立了三自由度操纵稳定性模型,该模型考虑了车身侧倾对车辆操纵稳定性的影响,较二自由度模型能够更真实地反映实际的四轴车辆运动情况。通过对所建立的四轴车辆操纵稳定性模型进行前轮转角阶跃输入响应进行仿真,分析了质心高度、质心前后位置、悬架等效侧倾角刚度、车身质量等车辆参数的变化对车辆操纵稳定性的影响,为车辆优化设计提供理论基础。     

Vehicle roll stability control with active roll-resistant electro-hydraulic suspension

This study examines roll stability control for vehicles with an active roll-resistant electro-hydraulic suspension (RREHS) subsystem under steering maneuvers. First, we derive a vehicle model with four degrees of freedom and incorporates yaw and roll motions. Second, an optimal linear quadratic regulator controller is obtained in consideration of dynamic vehicle performance. Third, an RREHS subsystem with an electric servo-valve actuator is proposed, and the corresponding dynamic equations are obtained. Fourth, field experiments are conducted to validate the performance of the vehicle model under sine-wave and double-lane-change steering maneuvers. Finally, the effectiveness of the active RREHS is determined by examining vehicle responses under sine-wave and double-lane-change maneuvers. The enhancement in vehicle roll stability through the RREHS subsystem is also verified.     

汽车操纵稳定性的模糊综合评判与验证

主观评价是汽车操纵稳定性评价发展过程中的主要评价手段,基于实车试验各单项评价指标的驾驶员打分,提出一种汽车操纵稳定性的模糊综合评判方法,并将该方法对两辆样车进行评价。以三自由度汽车转向开环模型为对象,基于汽车操纵逆动力学理论,建立汽车操纵逆动力学模型并对两辆样车的操纵稳定性进行仿真分析,将其与模糊综合评判结果比较,验证模糊综合评判方法应用到汽车操纵稳定性评判的可行性。     

融合侧翻稳定性的SUV换道轨迹规划方法研究

针对运动型多功能汽车(Sport utility vehicle,SUV)换道过程中侧翻安全问题,提出融合侧翻稳定性的SUV换道轨迹规划方法。建立三自由度车辆动力学模型,推导SUV侧翻稳定性及侧滑稳定性评价指标。采集自车状态及环境信息,将换道轨迹规划分成预规划和重规划两个阶段;预规划阶段采用五次多项式模型生成横向轨迹簇,重规划阶段考虑周围车辆动态变化,生成包含自车纵向速度信息的轨迹簇。融合侧翻稳定性指标、侧滑稳定性指标以及双圆拟合的车辆外形最小距离,构建代价函数;进行轨迹簇碰撞筛选、稳定性筛选及轨迹选择。运用内点惩罚函数进行轨迹优化,求解最优轨迹。选取两种典型工况进行换道轨迹规划仿真,结果表明SUV沿着该方法规划的轨迹行驶可完成换道躲避障碍物,且横向位移小、换道效率高,可有效避免侧翻危险。     

基于变预测时域MPC的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制研究

为了保证自动驾驶汽车轨迹跟踪的精度及行驶过程中的稳定性,提出一种基于车辆横向稳定状态在线识别和模糊算法的变预测时域模型预测控制（MPC）方法。针对车辆稳定状态的在线识别,采用k-means聚类算法对车辆行驶状态参数进行聚类分析,得到聚类质心,通过在线对比当前车辆状态量与不同聚类质心之间的欧氏距离获取车辆的实时安全等级。同时计算出当前车辆的轨迹跟踪横向偏移量,以这二者为输入,通过模糊控制算法在线计算出预测时域的变化量并输出给MPC控制器实现预测时域的自适应调整,最后求解出自动驾驶车辆跟踪轨迹的最优的控制序列,以达到在保持车辆稳定的前提下实现高精度轨迹跟踪控制的目的。CarSim/Simulink联合仿真结果表明,改进后的变预测时域MPC算法在提高自动驾驶汽车轨迹跟踪精度及横向稳定性方面的表现优于传统MPC控制器。     

四轮独立驱动EV侧向稳定性H∞鲁棒容错控制

为解决参数不确定性四轮独立驱动电动汽车发生执行器及传感器故障时车辆侧向稳定性控制问题,提出一种H_∞鲁棒容错控制方法。运用故障矩阵函数引入车辆连续性故障,建立了考虑执行器及传感器故障的二自由度车辆参数不确定性动力学模型。运用线性矩阵不等式求解方法设计车辆侧向稳定性H_∞鲁棒容错控制器,保证车辆动力学系统渐近稳定性及抗干扰能力,实现控制系统H_∞鲁棒性能满足给定的干扰衰减指标。搭建CarSim与MATLAB/Simulink联合仿真实验平台,验证控制器的有效性。仿真实验表明,所设计H_∞鲁棒容错控制器能有效提升了车辆的侧向稳定性及安全性,对车辆故障具有良好的容错控制能力。     

车辆横摆角速度跟踪控制仿真研究

采用二自由度车辆动力学状态方程建立了车辆横摆角速度跟踪控制模型。用横摆角速度与其期望值的差值及其变化率作为模糊控制器的输入,设计了模糊自适应PID控制器。基于模糊自适应PID控制器,进行了前轮转向阶跃输入、正弦输入仿真试验。仿真和分析结果表明,设计的模糊PID控制器可实现对参考模型横摆角速度的跟踪,车辆的操纵稳定性得到了有效改善。     

基于动态稳定性的汽车侧翻预警

为提高汽车侧翻预警算法的实时性及动态过程侧翻预警的精度,提出基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法。考虑车轮侧倾外倾和侧倾转向及悬架变形外倾和变形转向对轮胎侧偏特性的影响,建立多自由度汽车侧翻动力学模型;应用汽车侧翻动力学理论及劳斯稳定性判据获得汽车侧翻动平衡稳定条件及汽车侧翻动平衡状态的抗干扰稳定条件,并提出侧翻动态稳定因子作为汽车动态稳定性的评价指标;融合汽车侧翻预警机理及侧翻动态稳定因子设计出基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法;针对高速紧急工况下运动型多功能车侧翻过程进行动态侧翻预警仿真分析。结果表明,基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法预警结果准确、实时,可提高动态过程汽车侧翻预警精度,降低侧翻危险的误报警率,有助于改善汽车防侧翻的主动安全性能。     

基于模糊PID的客车ABS转弯制动半实物仿真测试

车辆在弯道制动的条件下很容易失去稳定性,防抱死系统(ABS)在很大程度上提高了车辆转弯的稳定性。在低成本硬件条件下搭建起基于MATLAB/xPC的半实物仿真平台,通过MATLAB/Smulink建立8自由度仿真模型,采用控制鲁棒性较强的模糊PID的ABS控制策略,对客车在高低附着系数路面制动转弯的情况下进行了硬件在环测试。测试结果表明:该控制算法能有效提高汽车稳定性,使滑移率较好地控制在最佳值0.2附近,具有更好的鲁棒性和自适应能力。     

装载量与罐式汽车侧倾稳定性关系的分析

在弯道或变道行驶时，由于非满载罐内液体货物的晃动，罐式汽车的侧倾稳定性将低于运输等量固体货物的汽车。本文分析了非满载罐内晃动液体质心位置的变化，通过建立罐式汽车侧翻数学模型，推导出了非满载罐式汽车稳态转向时的侧翻阈值计算公式，表明装载量对罐式汽车侧倾稳定性具有较大影响，并提出了改善罐式汽车侧倾稳定性的方法。