基于AARB与ESP集成的车辆行驶稳定性控制研究

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汽车行驶稳定性控制一直是汽车主动安全性控制领域的研究热点,而车辆的行驶稳定性主要取决于车辆的侧倾与横摆稳定性。侧倾稳定性的丧失将会引起车辆的侧翻,考虑到控制效果、易于实现及成本等问题,本文提出了采用主动横向稳定杆(AARB,Active Anti-Roll Bar)对车辆的侧倾稳定性进行控制。车辆失去横摆稳定性将会造成车辆的跑偏与甩尾,甚至会引起激烈的回转,电子稳定性程序(ESP,Electronic Stability Program)可以通过差动制动实现对车辆横摆稳定性控制,同时对车辆的侧翻也有一定的抑制作用,但在车辆处于高速大转角、避障等紧急工况时,仍会出现较严重的侧滑甚至侧翻的现象。为此本文提出了采用AARB与ESP集成的方法来控制车辆的行驶稳定性。  对于重心较高的车辆而言,为实现车辆转向侧倾时的主动控制,同时提高车辆直线行驶时的舒适性,本文提出了一种新型电动AARB装置。在车辆转向时,AARB处于“ON”状态,基于粒子群算法设计了线性二次型最优控制器来实现对车辆侧倾的主动控制;当车辆直线行驶时,使AARB处于“OFF”状态,左、右稳定半杆相互断开,减小了AARB的刚度。在车辆突遇不平路面时,有利于减小车辆的侧倾、侧倾角振动及悬架的动行程,提高车辆的舒适性并减小系统的能耗。  在车辆的横摆稳定性控制方面,通过采用质心侧偏角相平面分析法得出车辆在不同车速、路面附着系数及前轮转角下的稳定区域,依据得出的车辆稳定区域判断车辆是否失去横摆稳定性。当车辆失去横摆稳定性时,对ESP系统设计了模糊控制器,实现对车辆的横摆稳定性控制。在采用ESP进行车辆横摆稳定性控制时,为防止车轮制动抱死影响ESP对车辆横摆稳定性控制的效果,集成了ABS系统。为避免ESP与ABS的控制冲突,设计了ESP与ABS协调控制器,进一步提高了对车辆横摆稳定性控制的效果。  当高速行驶的车辆处于大转角、避障等紧急工况时,通过ESP系统对车辆的横摆稳定性控制能有效防止车辆的侧滑从而避免发生进一步的绊倒性侧翻。而对于车辆的非绊倒侧翻,单靠AARB输出较大反侧倾力矩来防止车辆侧翻时,会产生较大的横向载荷转移而引起车辆失去横摆稳定性的问题,本文提出了采用AARB与ESP集成的方法来控制车辆的行驶稳定性。一方面通过ESP系统控制车辆的横摆稳定性,实现控制车辆侧翻对应的目标侧向加速度。另一方面,考虑到处于紧急工况下的车辆存在非线性与时变性,提出了采用二阶滑模超螺旋控制器对车辆目标侧向加速度下的理想侧倾角的动态跟踪,满足驾驶员对车辆侧倾姿势的判断,防止驾驶员产生紧张而引起误操作,进一步提高了车辆的行驶稳定性。  最后,在研究国内外现有ESP的硬件在环仿真实验台的基础上,自行搭建了一套ESP与AARB硬件在环仿真实验台。采用32位Cortex-M3内核的高性能微控制器STM32F103设计了ESP与AARB集成控制器,将开发的集成控制器及制动系统、转向系统与悬架系统进行硬件嵌入,基于XPC Target平台开发硬件在环试验台架,进行了AARB与ESP集成系统试验研究,为后续的样机开发工作提供理论借鉴与试验基础。
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