线控制动车辆的横向稳定性控制策略研究

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线控制动系统具有制动力控制精确、响应速度快等众多优点,符合汽车产业安全、节能、环保和舒适的长期发展愿景,未来有望取代传统液压制动系统,具有极大的研究意义和广阔的市场前景。同时,由于线控制动系统的四轮制动力能够独立分配,执行机构的自由度大幅提升,若继续沿用传统的汽车稳定性控制策略,则无法充分发挥线控制动系统的优势和汽车动力学潜能。因此为了改善这一劣势并且推动线控制动系统的发展,需要研究适用于线控制动系统的新型车辆稳定性集成控制策略和算法。本文针对线控制动车辆的横向稳定性控制进行研究,主要研究内容如下:首先,建立了包括整车动力学模型、轮胎模型和线控制动执行器模型的汽车动力学模型,其中优化的魔术轮胎模型针对联合滑移工况进行修正,更加符合汽车实际行驶过程中的轮胎力学特性。对汽车高速极限工况下的横向稳定性与失稳机理进行理论分析,并且设计了一种基于横摆角速度阈值偏差和质心侧偏角相平面法的车辆失稳状态判别方法。其次,针对目前质心侧偏角估算存在的问题,设计了一种基于变结构扩展卡尔曼滤波的观测算法,该方法通过融合直接积分法与模型法,能够提高对多源传感器噪声以及动力学参考模型误差的鲁棒性。然后搭建了基于Car Sim/Simulink的联合仿真平台以及实车测试验证平台,多种典型工况下的实验结果表明本文设计的侧偏角观测算法具有良好的精度和鲁棒性。最后,设计了一种新型线控制动车辆的横向稳定性分层控制系统。上层为基于前馈-反馈联合控制的附加横摆力矩控制器,其中反馈控制采用一种权重系数自适应调节的LQR线性二次型调节器,能够抵御系统参数的摄动以及路面附着条件变化等不确定性因素的影响;下层转矩分配控制器采用优化分配控制算法,实现了汽车四轮制动力的独立最优分配。仿真试验结果表明:相比于传统车身稳定性控制系统,本文所设计的稳定性控制算法能够有效改善高速极限工况下的车辆横向稳定性,充分发挥线控制动系统的优势和汽车动力学潜能,具有良好的实际工程应用前景。
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