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对开路面车辆紧急制动的横纵向协同稳定性控制
| 论文题名： | 对开路面车辆紧急制动的横纵向协同稳定性控制 |
| 关键词： | 车辆紧急制动;对开路面;横纵向;协同稳定性 |
| 摘要： | 随着汽车工业的持续发展，交通状况日益严峻，人们对车辆的安全性能要求越来越高。对开路面两侧附着系数不同，雨雪天气时会出现路面两侧附着系数相差较大的情况，而车辆在附着系数小的路面，例如冰雪路面上行驶时会发生抱死现象，当前轮抱死时汽车会失去转向能力，驾驶员控制不了汽车的行驶方向，即汽车失去方向可操控性；当后轮抱死时，车辆滑移或者甩尾，会偏离行进的方向，严重时车辆会旋转掉头，丧失稳定性，从而引发严重的交通事故。车辆在对开路面紧急制动时，路面两侧附着系数不同，两侧车轮制动力不同，进而产生较大的横摆力矩，车身会偏向制动力大的轨道，严重时可能会出现甩尾的现象，因此，研究车辆在对开路面紧急制动时的横纵向稳定性是一个具有现实意义的课题。本文将以电动汽车为研究对象，分析车辆在对开路面紧急制动时的横纵向稳定性控制问题。 首先，为了增强控制策略对动态道路条件的适应性和安全性，提出了基于车辆动力学响应的对开路面附着系数估计方案。建立整车七自由度动力学模型和Burkhardt轮胎模型，采用无迹卡尔曼滤波（UKF）实现对路面两侧附着系数的估计；车辆的实时状态信息由CarSim车辆动力学仿真软件提供，在MATLAB/Simulink仿真平台上完成路面附着系数估计系统的搭建，通过两者联合仿真，验证该估计算法的有效性。 其次，分析车辆在对开路面紧急制动时的控制需求，设计了符合实际路况的车辆稳定性控制器参考模型。当车辆在对开路面差动制动时，分析直接横摆力矩ZM和车辆两侧不同的附着系数对参考信号产生的影响，确定车辆侧向、横摆的理想状态；根据制动强度等级的划分和车辆制动力受地面的约束，设计合理的加速度期望值，由加速度和速度的关系，得出纵向速度的期望值；根据路面的附着系数，可以得到最佳滑移率，从而得到期望车轮转速。 最后，为了防止车辆在对开路面上紧急制动时侧滑或者甩尾，设计了基于非线性模型预测控制（NMPC）的横纵向协同控制器，搭建基于Dugoff轮胎模型的车辆七自由度整车动力学模型，将抑制质心侧偏角、跟踪横摆角速度、降低滑移率、跟踪期望纵向速度等要求集成到目标函数中，同时考虑系统的控制约束和状态约束，求解优化问题，得出最优控制律，提高车辆在对开路面上紧急制动的安全性和操纵性。用仿真软件对所提出的横纵向协同控制方案进行验证，实验结果表明，该控制器能够提高车辆在对开路面制动时的横纵向稳定性，同时能够有效的减小车辆制动时的制动距离。 |
| 作者： | 许娟 |
| 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： | 2023 |
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