基于直接横摆力矩控制的车辆稳定性研究

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。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章绪论

第二章汽车动力学模型

第三章直接横摆力矩控制策略

第四章质心侧偏角控制策略

第五章路面识别

第六章ECU 开发及硬件在环测试

第七章结论及建议

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及参与的课题

致谢