基于差动制动的运动型多功能轿车防侧翻控制研究

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1、基于差动制动的运动型多功能轿车防侧翻控制研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：汽车工程系学科：机械工程研究生：贾钢指导教师:李亮副研究员二○一五年五月TheResearchonAnti-rollControlofSportUtilityVehiclebasedonDifferentialBrakingThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinMechanica

2、lEngineeringbyJiaGangThesisSupervisor:AssociateProfessorLiLiangMay,2015摘要摘要基于差动制动的防侧翻控制技术是区别于主动转向技术、主动悬架技术的防侧翻控制技术。其以ESP系统为硬件基础，在传统平面稳定性控制的基础上集成防侧翻控制技术。由于以ESP系统为硬件基础，在硬件成本上具有很大的优势，不需要主动转向装置和主动悬架，进而成为研究的热点和汽车厂商广泛采用的技术方案。本文首先建立了用于车辆状态观测和控制的车用动力学模型，包括车身平面运动模型、侧倾悬架模型和轮胎

3、模型。并对悬架模型进行了改进，在此基础上提出了一种车辆离地时的悬架模型。其次，针对车辆由于甩尾而可能诱发的绊倒型侧翻问题，开展车身瞬态工况大侧偏的在线的观测问题，提出了一种变结构的扩展卡尔曼滤波算法。该算法可以结合模型观测法和积分法的各自优点，提高观测算法对传感器噪声和模型误差的鲁棒性。Carsim和Matlab/Simulink联合仿真试验和低附路面实车试验验证了算法对车身侧偏角具有很好的估算效果。其次，针对车辆由于大的侧倾运动而可能出现的非绊倒型侧翻，则对车身侧倾角和侧倾角速度这两个关键性状态量的在线观测方法展开了研究。根

4、据所建立的悬架模型，提出了基于无迹卡尔曼滤波的估算算法。该算法采用轮胎信号来识别车辆的离地状态，进而选择相应的悬架模型建立汽车侧倾运动学方程，进而通过无迹卡尔曼滤波方法估算瞬态转向过程中车辆侧倾状态。Carsim和Matlab/Simulink联合仿真试验结果显示，该算法对车身侧倾角和侧倾角速度具有很好的估算精度。特别是在发生车轮离地时，该算法较之传统的无迹卡尔曼滤波法有一定的提高。最后，基于观测得到的车身侧偏角、车身侧倾角和侧倾角速度，提出了基于分层架构的防侧翻控制的非线性模型预测控制方法以进行横摆角速度跟随控制、侧偏角控制

5、、侧倾运动控制。在顶层稳定性控制器中，通过对模型预测控制的约束冲突分析，排除了在约束中直接加入侧倾控制约束的方法；而是基于预测的横向载荷转移率，提出了单独的侧倾运动控制逻辑。与此同时，在模型预测控制的横摆角速度名义值中加入了侧倾阈值限制以通过对横摆角速度的控制来减低侧翻危险。模型预测控制的目标车轮纵向力通过中间层滑移率控制器和底层主动制动压力控制器加以实现。Carsim和Matlab/Simulink联合仿真试验结果显示，针对非绊倒侧翻和绊倒侧翻的高附鱼钩试验和低附双移线实验，控制算法都能提高汽车I摘要的稳定性和安全性。本文还

6、针对差动制动在侧翻控制中的能力进行了分析，提出恢复稳定时间（TimetoStability，TTS）这一考虑制动干预的预警概念，并在此基础上提出了基于TTS的侧翻可控区域。关键词：防侧翻控制；差动制动技术；模型预测控制；汽车状态观测IIAbstractAbstractDifferentialbrakingtechnologyisakindofvehicleanti-rollovercontroltechnologydifferingfromactivesteertechnologyandactivesuspensiontech

7、nology.ItshardwareisbasedontheESPsystem,anditssoftwareisintegratedinthetraditionplanarstabilitycontrolsystem.BecauseoftheESPhardware,thedifferentialbrakingtechnologyhastheadvantageinthecostofsystem.Theactivesteerequipmentandactivesuspensionarenotneededsothatthediffe

8、rentialbrakingtechnologybecomesthehotresearchtopicandthecommonadoptedtechnicalproposalforautocompanies.Firstly,vehiclemodelsforstatesestim