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极限工况下汽车侧向稳定性控制研究
| 论文题名： | 极限工况下汽车侧向稳定性控制研究 |
| 关键词： | 汽车侧向稳定性控制;前轮转向;车辆动力学;极限工况 |
| 摘要： | 汽车的极限工况主要指由于突发状况、恶劣环境和极端路况导致的汽车运动接近或达到动力学极限的驾驶工况，多与汽车的侧向运动相关。在进行汽车侧向稳定性控制研究时，通常认为轮胎出现侧滑现象时，轮胎侧向力会处于非线性区，此时汽车的可操控性会大幅度下降，因此在本文中认为使轮胎侧向力进入非线性区的工况为极限工况。本文针对极限工况下汽车侧向稳定性控制进行了研究，运用模型预测控制理论设计了基于线性时不变模型预测控制（LinearTimeInvariant-ModelPredictiveControl，简写为LTI-MPC）的汽车侧向稳定性控制器、基于稳定状态预测的线性时变模型预测控制器（LinearTimeVarying-ModelPredictiveControl，简写为LTV-MPC）以及考虑轮速纵向扰动的汽车侧向稳定性控制器。仿真实验结果表明，所提出的控制策略能够较好地提升车辆的侧向稳定性。主要内容具体包括： （1）基于LTI-MPC的汽车侧向稳定性控制 首先设计了基于LTI-MPC的汽车侧向稳定控制器。该控制器基于线性二自由度车辆模型，忽略纵向动力学与垂向动力学因素，采用线性侧向力轮胎模型，忽略轮胎侧向力的非线性因素，以此来达到较好的实时性。同时，设计了采用魔术公式轮胎模型的非线性模型预测控制器（NonlinearModelPredictiveControl，简写为NMPC）。仿真实验结果表明，所设计的LTI-MPC控制器在高速、低路面附着系数工况下控制效果较差，NMPC控制器控制效果较好。 （2）基于稳定状态预测的汽车侧向稳定性控制 为提高极限工况下汽车的侧向稳定性，提出一种考虑车辆横摆和侧向稳定性稳态趋势的稳定性控制方法。将魔术公式的轮胎模型曲线近似为两条直线，在保证跟踪效果良好的前提下，替代了轮胎的非线性特性，减少了控制器求解时间。根据车辆状态预测趋势选择轮胎侧偏刚度。结果表明，与前述基于LTI-MPC的控制器相比，该方法能有效提升极限工况下参考车辆质心侧偏角和横摆角速度的跟踪性能。与基于NMPC的控制器相比，该控制器的实时性有较大提高。 （3）考虑轮速纵向扰动的汽车侧向稳定性控制 为提高自动驾驶汽车稳定性控制的精度，提出了一种基于LTV-MPC的考虑车轮纵向动力学扰动的稳定性控制方法。该控制器基于四轮三自由度车辆模型，在预测模型中考虑四轮动态扰动，对非线性车辆动力学控制系统进行离散化和线性化。变频率正弦工况和双移线工况实验结果表明，所提出的考虑轮速纵向扰动的汽车侧向稳定性控制方法能够有效提升车辆的侧向稳定性。 |
| 作者： | 王旭阳 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 李绍松;任海波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长春工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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