基于差动制动的汽车防侧翻控制研究

摘要

随着社会的进步和人们生活水平的提高，车辆安全问题成为日益关注的主题。其中汽车侧翻问题产生的影响深远，对人员财产安全形成极大威胁。基于差动制动的防侧翻控制所需的硬件成本较低，无需加装昂贵的传感器及执行器，成为防侧翻控制领域中相关研究的首要选择。本文对车辆防侧翻问题进行了相关研究，包括车辆动力学模型的建立、车辆稳定性控制器的设计、车身状态观测器的搭建以及防侧翻控制算法的开发。
　　首先，建立了四轮四自由度车辆模型，包括车辆的车身纵向运动、横向运动、横摆运动、侧倾运动，同时考虑了车辆运动过程中的垂向载荷变化及横向载荷转移。轮胎模型采用魔术公式，同时加入了附着椭圆对横纵向力的修正。
　　其次，开发了车身电子稳定系统控制器，主要包括的模块：控制器主控单元、轮速处理模块、电源供电模块、电机电磁阀驱动模块、通讯模块、组合传感器测量模块等。进行了原理图设计及PCB板布线设计，优化了布线空间及板层规划，考虑了电磁兼容性和环境可靠性。
　　再次，搭建了车辆状态观测器，对车辆侧偏角、侧倾角进行实时观测。结合传统的扩展卡尔曼滤波，引入基于权重系数的融合算法，并通过遗传算法对等效侧倾刚度和等效侧倾阻尼进行最优化。通过CarSim和Matlab/Simulink联合仿真，在高附和低附条件下检验了观测算法的估算效果，并最终通过实车试验验证了该车辆状态观测器的可靠性和鲁棒性。
　　最后，设计了车辆防侧翻控制算法，基于观测到的车辆状态提出了侧翻指标名义值的一种算法，采用模型预测控制的方法，将非线性模型进行线性化，明确了最优控制中的约束问题。通过CarSim和Simulink联合仿真进行验证，高附的鱼钩试验表明该控制算法提升了车辆的防侧翻稳定性和行驶的安全性，能够有效的避免车辆侧翻的发生。

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第1章 绪论

1.1 概述

1.2 国内外防侧翻相关技术发展现状

1.3 主要研究内容

1.4 论文结构安排

第2章 整车动力学模型

2.1 四自由度四轮动力学车辆模型

2.2 轮胎模型

2.3 本章小结

第3章 控制器设计开发

3.1 总体设计

3.2 各模块详细设计

3.3 LAYOUT相关设计

3.4 电磁兼容性测试

3.5 环境可靠性测试

3.6 本章小结

第4章 车辆状态观测

4.1 车辆状态观测器总体设计

4.2 传统扩展卡尔曼滤波（EKF）观测器

4.3 具有融合特性的卡尔曼滤波观测器

4.4 关键参数的最优化

4.5 观测器的仿真验证

4.6 车辆状态观测的实车试验

4.7 本章小结

第5章 基于差动制动的防侧翻控制

5.1 防侧翻控制体系总体设计

5.2 防侧翻控制名义值

5.3 防侧翻MPC控制算法设计

5.4 防侧翻控制算法仿真试验

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢