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原文传递面向安全与舒适的汽车底盘协调控制方法研究

论文题名：	面向安全与舒适的汽车底盘协调控制方法研究
关键词：	汽车底盘;控制器设计;协调控制;制动防抱死系统;侧向稳定系统;一体化控制
摘要：	汽车底盘控制对于保障车辆安全性能以及舒适性能具有极其重要的意义。本文针对汽车底盘系统开展了从单一系统研究、到系统间协调控制，再到整车一体化控制的系列研究工作，具体研究内容如下：　　在汽车制动过程中，车轮抱死会增加制动距离甚至失去转向能力，给车辆行驶安全带来巨大的隐患，因此对汽车制动防抱死系统（ABS）的研究至关重要。但是目前众多ABS研究中棘手的问题在于：1）需要引入极度复杂的轮胎——路面摩擦模型（μ?λ）关系曲线；2）需要路面摩擦条件的先验知识，使得所设计的ABS控制器非常复杂。本文第二章提出双时间尺度ABS控制，通过双时间尺度重新设计，对轮胎——路面摩擦模型进行快速估计，避免引入复杂的μ?λ模型，最终实现对参考滑移率的高精度跟踪，保证车辆在制动过程中轮胎与路面间的高附着性能。所设计的双时间尺度ABS控制器结构简单、仅需调节2个控制参数，且无需路面条件的先验知识，易于工程应用。Carsim仿真验证所提出的双时间尺度ABS控制方法能够防止车轮发生抱死，实现更优的制动安全性能。　　ABS系统能够缩短制动距离，保持车辆的转向能力，改善汽车纵向主动安全性能。而实际交通事故的发生，半数以上是由于汽车在转向过程中失去侧向稳定性造成的。本文第三章针对侧向稳定系统开展研究，提出了基于H∞增益调度的汽车横摆稳定控制（YSC）算法，解决了由于燃油消耗、载员载重等变化引发的车辆参数摄动下车辆的侧向稳定性控制问题，进而提升整车的侧向安全性能。CarSim仿真验证了所提出的横摆稳定控制可以保证车辆侧向稳定性并实现更优的路径跟踪效果。　　除安全性的基础保障外，汽车的平顺性同样至关重要，但安全性与平顺性在某种程度上是彼此制约与冲突的。为同时兼顾安全性与平顺性，本文第四章开展主动悬架系统（ASS）与ABS系统的协调控制研究，通过分析制动过程中车辆纵向运动与垂向运动之间的耦合关系，采用反步法设计ABS与ASS的协调控制，进而同时提高车辆在制动过程中的纵向制动性与垂向平顺性。而第五章则针对ASS与YSC系统的协调控制开展研究工作，在建立横摆运动与垂向运动耦合的车辆动力学模型基础上，设计ASS与YSC的协调控制方法，同时提高车辆在转向过程中的侧向稳定性与垂向平顺性。　　汽车底盘系统协调控制兼顾了安全性与平顺性，权衡二者性能之间的制约与冲突，但若想实现整车层面的性能优化、全局控制，整车一体化控制是可行的方案。第六章主要针对极限工况下车辆的主动安全问题，设计四轮独立线控汽车一体化控制方案。不同于传统汽车自下而上的协调控制策略，线控汽车运动一体化控制直接根据参考指令通过对车轮效应器的控制实现对整车自上而下的运动控制，从而根除主动安全系统之间的冲突。通过不同的仿真工况验证了一体化控制可以同时对整车纵向、侧向以及横摆运动进行控制，进而保证车辆运动过程中的安全性能。
作者：	张晋华
专业：	控制科学与工程
导师：	曾鸣;孙维超
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2020