汽車狀態(tài)和參數(shù)估計與穩(wěn)定性集成控制方法研究.pdf

1、汽車是具有高度非線性、模型不確定性、參數(shù)變化和外部干擾的復雜動力學系統(tǒng)，當汽車在高速行駛中進行大轉向操作時，由于輪胎具有較強的非線性特性，輪胎側向力容易達到附著極限而發(fā)生側滑。當車輛進入側向力飽和這種極限工況時，車輛將會出現(xiàn)側向失穩(wěn)而引起事故。隨著汽車技術的發(fā)展，車速越來越高，如何保證車輛在高速轉向時的側向穩(wěn)定性，是目前車輛穩(wěn)定性控制重要的研究方向。在各種車輛主動安全控制系統(tǒng)中，主動轉向系統(tǒng)與主動制動系統(tǒng)是提高車輛主動安全性和穩(wěn)定性的最

2、主要手段。目前車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構有向標準化方向發(fā)展的趨勢，開發(fā)先進的控制方法是能否充分發(fā)揮車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)作用的決定性因素。同時獲取汽車行駛中的狀態(tài)和參數(shù)信息也是汽車穩(wěn)定性控制研究的重要內容，是實現(xiàn)穩(wěn)定性控制閉環(huán)反饋的前提和必要條件。
　　本文主要研究一種先進的車輛穩(wěn)定性集成控制方法，可以抵抗車輛模型不確定性和參數(shù)變化的影響，并能較好的提高車輛的穩(wěn)定性；為實現(xiàn)汽車穩(wěn)定性控制閉環(huán)反饋，對車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)關鍵信息—地面附

3、著系數(shù)以及質心側偏角的估計技術進行研究。
　　具體研究內容如下：
　?。?）建立了地面附著系數(shù)估計所用兩輪2自由度車輛模型與Fiala輪胎模型，建立了基于四輪8自由度車輛模型和魔術公式輪胎模型的整車仿真模型，質心側偏角估計所用的兩輪2自由度車輛模型和魔術公式輪胎模型；還建立了基于“預瞄—跟隨”理論的單點預瞄駕駛員模型；并通過三次樣條曲線擬合了雙移線道路輸入路徑；為驗證所建立車輛仿真模型的正確性，利用轉向機器人進行了橫向瞬態(tài)響

4、應試驗，對比仿真模型和試驗車的側向加速度、橫擺角速度響應曲線，證明所搭建的仿真模型的有效性。
　?。?）為提高質心側偏角的估計精度，采用考慮輪胎非線性特性的擴展卡爾曼濾波方法來估計車輛質心側偏角。開發(fā)基于雙天線、載波相位差分GPS的質心側偏角測試系統(tǒng)，利用高斯投影坐標變換得到車輛縱軸線和車輛實際速度矢量之間的夾角從而獲得質心側偏角，驗證擴展卡爾曼濾波質心側偏角的估計方法在實際道路試驗中的可行性及有效性。
　?。?）給出了一種

5、基于轉向阻力矩信息的地面附著系數(shù)估計方法。利用空間坐標轉換法分析了輪胎六分力引起的轉向阻力矩，從而得出由繞主銷的轉向阻力矩中提取出輪胎自回正力矩的方法。建立了基于2自由度車輛模型和Fiala輪胎模型的地面附著系數(shù)非線性觀測器方法。通過在前輪左、右轉向拉桿處加裝力傳感器，獲取前輪的轉向阻力矩，并根據(jù)繞主銷處轉向阻力矩提取出輪胎自回正力矩，實現(xiàn)基于轉向阻力矩信息的地面附著系數(shù)估計，并驗證非線性觀測器方法的有效性。該方法在輪胎側向力未達到非線

6、性飽和區(qū)域就實現(xiàn)對路面附著系數(shù)的早期識別。
　　（4）車輛的行駛工況非常復雜，除了車輛本身的模型不確定性和非線性等問題，車輛還經(jīng)常受到較強的外界干擾，采用了一種包括模型不確定性和擾動的正則左互質分解的車輛模型來設計主動轉向控制器，保證了控制器的魯棒性。為改善魯棒控制在車輛狀態(tài)跟蹤控制中的保守性，本文分別采用二自由度模型跟蹤魯棒控制方法以及廣義內?？刂品椒▉碓O計主動轉向控制器。通過對PID主動轉向控制器、二自由度魯棒主動轉向控制器、

7、GIMC主動轉向控制器進行仿真對比，結果表明：GIMC主動轉向控制器不僅可以保證控制器的穩(wěn)定性，又有較好的控制性能，能保證在較小的主動干預轉角的情況下，一定程度上抵抗外界的干擾。
　?。?）采用車輛β-β相平面圖來分析車輛穩(wěn)定性，將相平面圖穩(wěn)定曲線邊界直線化，確定直線化后的穩(wěn)定邊界。對主動轉向系統(tǒng)的控制特性進行分析，并在相平面圖穩(wěn)定區(qū)域的基礎上提出主動轉向和主動制動協(xié)調分配控制邏輯。采用橫擺角速度和質心側偏角兩個控制變量，并對兩個