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原文传递主动后轮外倾的汽车底盘集成控制研究

论文题名：	主动后轮外倾的汽车底盘集成控制研究
关键词：	汽车驾驶;车轮外倾控制;底盘集成;分层控制
摘要：	汽车智能化的发展对主动安全技术提出了更高的要求，尤其在极限工况下，汽车的动力学性能和驾驶员的操纵能力都急剧下降，如何保证汽车和驾驶员的安全性变得愈发重要。主动车轮外倾控制通过调整车轮外倾角产生额外侧向力并优化轮胎附着特性，提高轮胎峰值侧向力，是改善车辆稳定性的一个有效途径。　　然而，目前主动车轮外倾控制研究主要集中在定侧倾刚度，并未深入分析轮胎侧倾侧偏耦合特性对轮胎力的影响，影响极限工况下轮胎力和车辆状态的精确控制；在汽车底盘集成控制中引入主动车轮外倾控制，有利于优化轮胎附着椭圆利用效率，提高车辆稳定性。为此，本文建立了面向控制的非线性侧倾特性轮胎模型，研究了考虑轮胎非线性侧倾特性的主动后轮外倾模型预测控制方法，提出了主动后轮外倾的底盘集成稳定性分层控制策略，以提高低附高速双移线工况下的车辆稳定性。本文的主要研究内容和结论如下：　　1) 考虑轮胎非线性侧倾特性的车辆动力学建模。首先，研究侧倾侧偏工况下轮胎非线性侧倾特性变化规律。然后，建立面向控制的非线性侧倾特性轮胎模型，通过将轮胎力学的侧倾侧偏耦合特性集中到变侧倾刚度中，更加准确地描述侧倾侧偏工况下的轮胎力，并进行模型验证。最后，建立八自由度车辆动力学模型和侧纵向驾驶员模型，为主动车轮外倾控制及仿真分析提供基础。　　2) 考虑轮胎非线性侧倾特性的主动后轮外倾模型预测控制方法。首先，根据悬架Kamp;C特性试验，研究车轮姿态变化规律和修正方法。然后，根据面向控制的非线性侧倾特性轮胎模型建立主动后轮外倾控制的车辆预测模型，引入轮胎侧倾侧偏刚度的动态更新，并设计考虑轮胎非线性侧倾特性的主动后轮外倾模型预测控制方法。最后，主动后轮外倾控制车辆在路面附着系数为 0.85、车速为90km/h的高速单移线工况仿真结果表明，相比定侧倾刚度的主动后轮外倾控制，考虑非线性侧倾特性的主动后轮外倾控制通过动态更新轮胎侧倾刚度提高了轮胎力预测精度，从而减小了8.78%的左右车轮外倾角总控制量，使得控制更加平稳，减小了车辆 8.98%的横摆角速度峰值误差和 7.58%的质心侧偏角峰值误差，改善了车辆转向稳定性。　　3) 主动后轮外倾的底盘集成稳定性分层控制策略。首先，设计主动后轮外倾的底盘集成稳定性控制策略整体架构。其次，研究不同工况下的车辆稳定性，根据修正后的ω-β相平面稳定域提出归一化稳定性评价指标，并设计上层控制器权重自适应调节方案，研究集成主动前轮转向、主动后轮外倾和力矩矢量控制的上层稳定性模型预测控制方法。然后，研究车辆纵向速度跟踪和侧向稳定性协同控制的下层力矩分配控制方法，并设计根据轮胎工作负荷率指标和车轮滑移率的下层控制器权重自适应调节方案实现力矩优化分配。最后，主动后轮外倾的底盘集成控制分布式驱动电动汽车在路面附着系数为 0.5、车速为 90km/h 的低附高速双移线工况仿真结果表明，相比仅采用主动前轮转向和力矩矢量集成控制，主动后轮外倾的汽车底盘集成控制策略能够动态修正车轮姿态，改善轮胎附着特性并协调轮胎侧纵向力的分配，最大可额外产生 27.48%的轮胎侧向力，提高 12%的轮胎峰值侧向力，从而减小25.16%的质心侧偏角峰值误差，减小6.86%的横向位置跟踪峰值误差，提高了车辆的操纵稳定性。
作者：	史文波
专业：	车辆工程
导师：	章新杰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023