基于模型分解的车辆稳定控制算法研究

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1、基于模型分解的车辆稳定控制算法研究第1章绪论1.1研究背景及意义随着现在人们生活水平的提高，汽车已不再是一种奢侈品，而是作为一种代步工具，逐渐走进千家万户，需求量大幅提升。当汽车变成了一种生活用品，人们对它的要求便不仅仅局限在能带来出行的便利上，同时要求它兼具舒适性和安全性，其中人们最重视的就是车辆的安全驾驶问题[1]。2015年连续十个月的统计数据表明（见表1.1）交通事故是所有事故中发生率和死亡率最高的，事故数量甚至占所有事故总数的60%以上，死亡率也占一半以上，由此可以得出结论：交通事故是人们安全问题的最大杀手。当车速过快时，车辆不易控制，极易

2、发生侧滑，甩尾以及侧翻等问题，将这种现象称为车辆侧向失稳。据统计，当车速在80km/h-100km/h之间时，约40%的交通事故是由车辆侧向失稳引起的，而当车速超过160km/h时，高达90%以上的交通事故都是由车辆侧向失稳引起的[7]。大量的数据显示，车辆失稳是车辆失控的一大主要原因[8]。在这样的背景下，汽车稳定控制问题应运而生，此控制系统称为车辆稳定控制系统（ElectronicStabilityControl）。其作用有两点：一是通过判断驾驶员操作意图和车辆实际运行状态的差别，对偏差进行控制：例如当路面状况恶劣，车辆实际运行状态与驾驶员期望运

3、行状态有偏差，则会出现转弯过度、转弯不足等情况，此时车辆稳定性控制系统就会作用，将车辆实际运行状态纠正到理想状态；二是使处于失稳状态的车辆回到稳定运行状态：例如当驾驶员操作不当，汽车出现甩尾、侧滑等非稳定状况，此时车辆稳定性控制系统会帮助汽车回到稳定状态。简而言之车辆稳定控制系统的主要作用是解决汽车行驶过程中的稳定性和轨迹保持问题。在配备车辆稳定控制系统的情况下，车辆由于侧滑发生的事故数量降低率为43%。对于侧翻事故，装备车辆稳定控制系统的SUV事故率降低80%，一般乘用车降低率也有78%。在死亡人数方面，装备了车辆稳定控制系统的SUV车辆降低了57

4、%，一般乘用车降低了53%[9]。经过对交通事故分析可以得出结论：车辆安装稳定控制系统后，单车的碰撞事故发生率下降超过50％；对于车辆的失稳情况，若安装车辆稳定控制系统，有1/3的车辆能够保持稳定的运行状态[10、11]。由以上数据分析可知，装配车辆稳定控制系统在保持车辆安全行驶方面有很大作用。...........1.2车辆稳定性控制算法的国内外研究现状车辆稳定性控制系统涉及很多领域，最重要的部分就是控制算法研究，也吸引了国内外众多公司和学者的关注。对于车辆稳定性控制系统的算法研究，按控制目标的不同进行分类，主要可分为以下三种：（1）以横摆运动和质

5、心侧偏角为控制目标；（2）以滑移率为控制目标；（3）以侧倾运动为控制目标。车辆稳定控制的研究起始于20世纪90年代初期，由Buschmann、Yamamoto等人提出的对车辆横摆运动进行控制的方案成为车辆稳定性控制概念产生的标志。其控制思想是先由方向盘传感器测出驾驶员的目标转弯状态，将车辆的实际运行状态与期望值进行比较，如果存在偏差，则按照提前设计好的分配方案改变车轮的驱动力，得到期望横摆力矩，使实际运行状态跟踪上期望运行状态，保证车辆稳定运行[22、23]，继这种控制概念提出之后，国外的学者又将多种控制算法应用到横摆控制中，比较有代表性的是Ossa

6、maMokhiamar和MasatoAbe提出的滑模控制[24]、Buckholtz,K.R提出的模糊控制[25]、MotokiShino,MasaoNagai和AntonT.vanZanten提出的二次线性最优控制[26、27]等。上海交通大学的刘奋等人以前轮转向角为控制量，提出一种基于定量反馈理论的车辆稳定控制算法，通过反馈控制汽车的动态特性，以跟踪汽车理想的横摆角速度，并使车身侧偏角和横摆角速度实现了解耦控制[28、29]；上海交通大学的门金来将内模控制引入到车辆稳定性控制系统中，内模控制器是由主控制器和低通滤波器组成，通过前轮主动转角和制动控

7、制力矩实现对车辆横摆力矩的控制，进而对车辆的操纵性和稳定性进行调控[30]；吉林大学的宗长富等人建立了一个人-车-路闭环系统车辆动力学模型，分别利用前馈和神经元进行直接横摆力矩控制，将车辆的质心侧偏角控制到零，并在低附着路面上进行双移线仿真实验，分析此控制策略下的控制效果[31]；吉林大学的丁海涛等以车辆二自由度模型作为参考模型，将车辆的运行状态与由参考模型提供的期望值进行比较，若存在偏差，利用线性二次型最优控制方法将其减小、消除，最终实现最优横摆力矩的求取[32]；同济大学的余卓平教授提出了针对VSC系统的最优横摆力矩控制策略，并设计了基于模糊逻辑

8、的滑移率分配算法[33]。...........第2章车辆动力学模型的建立及其分解2.1轮胎模型要建立整车动