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基于稳定边界辨识的极限工况下车辆稳定性控制
| 论文题名： | 基于稳定边界辨识的极限工况下车辆稳定性控制 |
| 关键词： | 电动汽车;侧向稳定性;模型预测控制;稳定边界辨识 |
| 摘要： | 近年来，随着汽车保有量的日益扩大，汽车安全出行问题愈演愈烈，交通事故频发成为人类生命财产安全的主要威胁。汽车主动安全技术作为汽车领域的一个重要研究和发展方向，对提高车辆行驶的稳定性、减少交通事故发生具有重要作用。在极限工况下，很容易因为操纵性和稳定性下降而造成不可预估的后果。相关研究显示，当车辆以中高速车速行驶时，近一半交通事故与车辆甩尾有关，由甩尾造成事故的比例随着车速的提高或者路面附着系数的减小而呈上升趋势。与甩尾相比，侧翻也一直是交通领域中一种危害性较大的情况，其损害程度也仅次于汽车碰撞问题。因此，为了进一步提高车辆在低附着、高附着道路上高速转弯时的安全与稳定性，本文将以四轮轮毂驱动电动汽车为研究对象，分析车辆在极限工况下的稳定性控制问题。 首先，提出了一种结合车辆行驶状态和道路信息的稳定边界辨识方法。建立了包括车辆侧向、纵向和垂向特性的动力学模型和Fiala非线性轮胎模型，同时考虑垂直载荷对轮胎侧偏特性的影响，通过泰勒展开和局部线性化方法将复杂的非线性车辆动力学模型线性化，得到车辆稳定性和可控性的判定条件，进而得到辨识后的稳定边界，并分析车辆状态、路面状况等参数变化对所辨识的稳定区域产生的影响。 其次，为了提高车辆在低附着道路上高速转弯时的稳定性，提出了基于动态约束的车辆侧向稳定性控制方法。搭建了描述车辆侧向以及横摆运动的动力学模型，基于车辆模型预测未来动态进而设计侧向稳定性控制器，跟踪期望的车辆侧向运动响应信号，并以辨识得到的稳定边界为动态状态约束，优化附加横摆力矩；对比了固定状态约束、相平面约束以及动态约束对车辆侧向稳定性控制的影响。 最后，为了防止车辆在高附着道路上高速转弯时发生侧翻，设计了一种基于动态权重的防侧倾控制器。建立线性切换轮胎模型和可以描述车辆侧向、横摆、侧倾运动以及车轮转动的动力学模型，基于与实际车辆状态相关的侧倾指数和辨识得到的稳定边界将控制区域分割成稳定、临界稳定和不稳定区域，利用实时变化的权重系数和约束值，动态调节各区域的多种控制需求；采用基于C语言的内点法再次求解优化问题，通过硬件在环实验可知该策略可以有效降低车辆在极限工况下发生侧倾甚至是侧翻的风险，保证车辆稳定性。 |
| 作者： | 张曦月 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 王萍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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