汽车动力学稳定性控制研究进展.pdf

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第卷第期机械工程学报. .
年月.
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汽车动力学稳定性控制研究进展冰
李亮贾钢宋健冉旭
清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京
摘要:汽车稳定性控制系统,是汽车主动安全领域的一项关键技术,长期以来一直是汽
车领域的研究热点。系统集成汽车防抱制动系统.,、牵引力控制系统,
及主动横摆力偶矩控制系统,,能有效改善汽车的稳定性和安全性。汽车稳定性控制技术的发
展可分为动力学建模、状态观测、控制策略和产业化四个方面。其中动力学建模包括面向仿真的建模和面向控制的建模。面
向仿真的建模可采用或建立仿真模型,面向控制的建模可采用两轮或四轮模型。状态观测主要需要对动力
学控制关键参量如轮缸压力、路面附着、轮胎力和纵横向车速等进行在线观测。在已实现控制的基本功能后,对
控制的要求进一步提高,为了减少控制的滞后性,介绍基于预测横摆角速度的控制策略,同时为了减少汽车在对开路
面上的抖动,介绍防抖振的控制技术。通过不断的探索和研究,稳定性控制技术在国内的产业化也逐步在实现。
关键词:汽车动力学稳定性控制建模状态观测控制策略
中图分类号:



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,以及主动横摆力偶矩
前言控制系统,,能有效地改善
汽车在制动、驱动和转向等动态工况下的行驶稳定
汽车动力学稳定性控制系统性和安全性【。】。欧、美地区实施相关安全法规,推
, , 或称电子稳定程序进各种动力学稳定性控制技术在汽车上的应用。
,是提高汽车行驶稳定性和主汽车在道路上的行驶工况可根据汽车横向和
动安全性的关键装置。它集成了汽车防抱制动系统横摆稳定性裕度矩阵法分为稳定区域、欠稳定区域、
,、牵引力控制系统失稳临界区域和失稳区域。如图所示【。稳定区
域是指在转向幅度小,或者轻制动驱动下,轮胎
· 国家自然科学基金和国家科技支撑计划资
助项目。收到初稿,收到修改稿工作于线性区间,路面的附着能保证汽车的横、纵
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机械工程学报第卷第期
式中,为轮胎纵向力和侧向力,对应的为车液压反模型为
轮滑移率和车轮侧偏角,为峰值因子,为形状
■【—————■√——一—、
因子, 为刚度因子,为曲率因子, 为横向补、
偿量, 为纵向补偿量。
式中——预期压力调节时间
. 执行机构液压模型
。——预期压力
液压执行机构仿真模型能够较准确地描述实
。,——主缸压力和轮缸压力
际制动器的动态特性们,但模型复杂,
当。且时,制动器增压;当
不适于在线控制。文献根据系统的液压系
。且时,制动器减压;当
统支配性动态特性,建立了液压模型和反模型。
时系统所需调控时间小于系统滞后时间,此时保压。
液压模型为
,一.√一稳定性控制关键参数观测

式中——增压个周期轮缸的压力要实现对汽车行驶状态的控制,需要实时获取
、——时刻轮缸的压力估算值表征汽车运行状态的关键参量。其中部分参量可以
——时刻的主缸压力传感测量,如轮速、横摆角速度等,而大多数参量
——液压系统延迟时间常数不能直接测量,或因传感器价格太高而无法在汽车
上应用,因而需要通过观测得到。系统
,——控制周期长及周期数
状态参量的观测体系如图所示。
,——最小二乘法拟合得到的参数
横向速度和侧偏角量.
而讯

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轮滑移率与偏角观测乜塑圊—一轮缸压力识别
●●. .
豳豳豳匦蛔匦鱼查垫廑圭塾匿
●
轮速计数与滤波零位漂移修正压力滤波修正

轮逯传感器加递厦传惑器压力
转向盘转角传感器横摆角度速度传感器传感器
图汽车状态参量观测体系
底层观测器利用传感器直接量测相关的刻的压力估算。同时在控制中,当轮缸主动制
物理量;中间层观测器主要基于底层观测器信号对动压力预期值和当前轮缸压力值确定时,需要确定
汽车运动状态以及主动制动时轮缸压力进行观测; 液压控制模式中各电磁阀的开断指令,系统的增、
顶层观测器综合底层和中间层观测结果得到整车动减、保压指令可根据等式表征的液压反模型
力学控制参量。其中,轮缸压力、路面附着、轮胎得到。
力、纵向车速和横向车速是重点观测参量。基于以上的压力模型实现压力在线预估,基于
. 轮缸压力识别反模型实现系统电磁阀的控制逻辑,其闭环框图如
如图所示,在汽车状态参数观测和稳定性控图所示。在压力实时调控中,其估算压力的偏差
制中,制动压力常常是必须的参量,是进行其他