基于直接横摆力偶矩控制的中置轴汽车列车操纵稳定性研究
汽车主动转向与直接横摆力矩协调控制
汽车主动转向与直接横摆力矩协调控制赵林峰;高晓程;谢有浩;从光好【摘要】为了提高汽车的操纵稳定性和行驶稳定性,分别对主动转向及直接横摆力矩控制进行了研究.根据汽车线性二自由度模型获得汽车稳态工况下的期望横摆角速度和期望质心侧偏角,设计了上层控制器和下层控制器,其中上层控制器为主动转向与直接横摆力矩功能分配的协调控制,下层控制器采用单神经元自适应PID算法设计了主动转向控制器和直接横摆力矩控制器.基于汽车行驶稳定性指标设计了调度参数,以实现主动转向和直接横摆力矩的协调控制.分别选取高附着系数路面和低附着系数路面进行了正弦输入试验和阶跃输入试验,结果表明所设计的控制系统能够很好地提高线控转向汽车的操纵稳定性和行驶稳定性.【期刊名称】《汽车工程学报》【年(卷),期】2019(009)001【总页数】7页(P61-67)【关键词】协调控制;主动转向;直接横摆力矩;调度参数;稳定性【作者】赵林峰;高晓程;谢有浩;从光好【作者单位】合肥工业大学汽车与交通工程学院,合肥 230009;合肥工业大学汽车与交通工程学院,合肥 230009;安徽猎豹汽车有限公司,安徽,滁州 239064;合肥工业大学汽车与交通工程学院,合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】U461.6主动安全系统有利于提高汽车的操纵性、稳定性和舒适性，如防抱死制动系统（Antilock Brake System，ABS）、车身电子稳定系统（Electronic Stability Program，ESP）纷纷应用于现代汽车上。
而主动转向汽车因其特有的优势，能够进一步增强汽车的稳定性[1-5]。
SARUCHI等[6]采用复合非线性控制算法，以线控转向汽车实际横摆角速度为反馈变量进行主动转向控制，并验证了该算法能够有效提高汽车的行驶稳定性。
LI Fang等[7]在分析不同角传动比对汽车转向灵敏度和稳态横摆角速度增益影响的基础上，提出了主动转向控制策略，并利用遗传算法优化得到不同车速下的理想横摆角速度增益，以达到降低驾驶员驾驶负担、保证驾驶安全的目的。
四驱车辆操纵稳定性控制研究
四驱车辆操纵稳定性控制研究李军;刘恒硕;隗寒冰【摘要】为了提高四驱车辆的整车操纵稳定性,文章以某一现有车型为原型,通过理论建模法,在适当精简的基础上建立了包括横向运动、纵向运动、横摆运动和四个车轮的转动等在内的整车七自由度动力学模型.基于车辆转矩最优控制原理,通过PID控制算法对整车横摆角速度进行控制,使其能够较好的跟随理想横摆角速度变化,优化分配车轮所需转矩,并通过Matlab/Simulink仿真软件验证所优化分配的转矩的合理性、有效性,结果表明所设计的控制器及方法可以有效地改善四驱车辆的操纵稳定性.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)011【总页数】4页(P21-24)【关键词】操纵稳定性;最优控制;PID控制算法;横摆角速度;转矩控制【作者】李军;刘恒硕;隗寒冰【作者单位】重庆交通大学机电与车辆工程学院,重庆 400074;重庆轨道交通车辆系统集成与控制重点实验室,重庆 400074;重庆交通大学机电与车辆工程学院,重庆400074;重庆交通大学机电与车辆工程学院,重庆 400074;重庆轨道交通车辆系统集成与控制重点实验室,重庆 400074【正文语种】中文【中图分类】TH16;U461.61 引言与传统前驱汽车操纵稳定性控制方式相比，利用差动制动或差动驱动后两轮的方法来控制，更为方便快捷[1-4]。
在传统燃油车上，差动制动是控制直接横摆力矩的主要方式，对于时下流行的新能源汽车，尤其是四驱形式的，由于其四轮驱动力矩独立控制，可独立调整，故其主要由差动驱动实现，亦可通过差动制动来实现。
尤其在汽车转弯时，可以将制动与驱动相结合，可以有效降低整车车速以保持车辆处于稳定行驶状态。
当前阶段稳定性控制的方法主要是通过模糊的方法来调整直接横摆力矩[5-6]，这虽然对于传统燃油车的稳定性控制有值得借鉴的地方，但对于四轮独立驱动车辆，仍有一定的不适应性。
建立了整车7-DOF动力学模型，对于四轮独立驱动的情况设计了四驱车辆操纵稳定性控制方法，并在Matlab/Simulink软件中对设计的控制方法进行验证。
直接横摆力矩控制汽车的操纵稳定性研究
收 稿 日期 ：０ １—１ ２０ ２—２ ；修 回 日期 ：０ ２—０ ４ ２０ ５—１ ４ 作 者 简 介 ： 彩 志 （ ９ ６一） 男 ， 蒙 古 赤 峰 人 ， 京 理 工 大 学 ２ ０ 刘 １７ ， 内 北 ０ ０级 在 读 研 究 生 ， 究 方 向 ： 研 四轮 独 立 转 向
底 盘 控 制 是 通 过 控 制 汽 车 的侧 向、垂 直 和纵 向 姿 态 来 提 高 汽 车 操 纵 稳 定 性 、乘 车舒 适 性 和 良好 的 制 动特性 。 四轮 转 向 （ ＷＳ 是 提 高 汽 车 操 纵 稳 定 性 和 主 动 安 全 性 最 普 通 的 底 盘 控 制 策 略 。 侧 向加 速 度 较 小 ４ ） 在 的 幅 度 内 ，ＷＳ控 制取 决 于 与 方 向盘 转 角 成 比例 的 轮 胎 侧 偏 力 。在 这 一 幅 度 内 ， 过 引 用 二 自由 度 线 型 汽 ４ 通 车模 型 就 很 容 易 实 现 控 制 目标 。 而 在 高 侧 向加 速 度 时 ， 偏 力 （ 偏 力 主 要 取 决 于 轮 胎 的 负 重 和 纵 向 力 ） 侧 侧
侧 滑 绝 对 值 最 小 的条 件 。 同 时 本 课 题 还 通 过侧 滑 角 相 位 平 面 进 一 步 分 析 了汽 车稳 定 性 ，成 功 的 提 出 了应
用制 动力的横摆力矩 汽车姿态控制 ， 车运动姿态条件 ： 汽 ｌｌ 卢＋Ｃ 卢ｌ＜ １ Ｃ ＞０， ２ ０ Ｃ ２ （ｌ Ｃ＞ ） Ｃ 、 ２系 数 ｌＣ ：
制 动 力 来 控 制 的法 则 。本 文 还 介 绍 了 附加 横 摆 角 速 度 的 侧 滑 率 控 制 策 略 ，即 只 有 侧 滑 角和 侧 滑 率 为 负 时 实 施 的控 制 ，制 动 力 产 生 的横 摆 力 矩 控 制 汽 车 运 动 姿 态 直 到侧 滑 角 和 侧 滑 率 为 负 时 ，侧 滑 率 控 制 采 用 了
基于线控制动系统的车辆横摆稳定性优化控制
文 章 编 号 ：０ ２ ５ ３ ． ３ ７ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ７ ） ０ ５ ． ０ ７ ３ ２ ． ０ ９
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ １ ９ ０ ８ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ３ — ３ ７ ４ ｘ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ５ ． ０ １ ５
／ － ／ Ａ Ｎ Ｗｅ ｉ 一， Ｙ ＵＺ ｈ ｕ ｏ ｐ ｉ ￣ ＇
（ １ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ， Ｔｏ ｎ ｇ ｊ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ
附加横摆力矩 、 方 向盘转角来识别 驾驶员转 向意 图和 车辆实
ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ａ ｄ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｗｉ ｔ ｌ ｌ ｈ ｉ ｇ ｈ ｏ ｒ ｌ ｏ ｗ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｌ ， Ｐ Ｉ ） 控 制算 法求 出附加横 摆力矩． 由所计算 出的车辆 ｖ
制动性能的进一步提 高［ １ ］ ． 同时， 新能源汽 车 ， 特别
Ｖｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｙａ ｗ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｂ ａ ｓ ｄ 是 纯 电动 汽 车 的 推广 和普 及 ， ｅ 也对 制 动 系统 提 出 了 ｏ ｎ Ｂｒ ａ ｋ ｅ ｂ ｙ Ｗｉ ｒ ｅ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ 新的需求． 结合线控技术 和汽车制动系统而形成 的
ａ ｄ ｈ ｅ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｂ ｒ ａ ｋ ｅ ｂ ｙ ｗｉ ｒ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｙ ａ ｗ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｃ ｏ ｎ ｒｏ ｔ ｌ
联合主动转向和横摆力矩控制的汽车操纵稳定性研究
i
联合主动转向和横摆力矩控制的汽车操纵稳定性研究
ABSTRACT
An advanced control strategy is proposed to improve vehicle handling and stability by integrating Active Steering with Yaw Moment control. On the base of nonlinear tire model and one point preview-follower optimal curvature driver model, the vehicle dynamic model is established using the Newton's second law. Within the linear range of tire characteristics, the response of yaw-rate is improved by Active Front Steering (AFS) controller designed by the Sliding Mode theory. Based on the Optimal Control theory, the Direct Yaw Moment (DYC) controller is designed. The controller makes the vehicle follow the desired vehicle dynamic model designed by side-slip angle regulating feed forward and the state feedback of both yaw rate and side-slip angle. The integration of AFS and DYC is considered to improve the linear open–loop vehicle handling and stability. Within the nonlinear range of the characteristics, a reference stable region is designed in the phase plane for vehicle sideslip β and its velocity β and the stable boundary is determined with the two lines proximately. The yaw moment demand is calculated by the PI control theory. The controlling variable is the distance between the vehicle’s state to the stable boundary in the β - β phase plane. The Variable Torque Distribution (VTD) controller is designed by the driving torque difference between left and right sides of the same axle which is translated from the yaw moment demand. The integrated controller—AFS+VTD controller is designed and the stimulating research on the nonlinear open-loop vehicle handling and stability on the different adhesive coefficients with the AFS+VTD controller is done, as well as the path tracking ability of the nonlinear close-loop vehicle with the double lane change input. The computer stimulating result shows that the vehicle handling and stability are largely improved by the integrated controller of Active Steering with Yaw Moment control. Key Words: Active Steering ， Sliding Mode Theory ， Variable Torque Distribution，Phrase Plane，Handling and Stability
基于双转子电机的电动汽车操纵稳定性
基于双转子电机的电动汽车操纵稳定性罗玉涛;李红;林小慰;来恩铭【摘要】汽车的操纵稳定性控制对于汽车的主动安全性有着重要的意义.文中对基于双转子电机驱动的电动汽车的操纵稳定性控制进行了研究.通过建立理想状态下的车辆模型,估算理想横摆角速度和质心侧偏角,根据相平面法设计车辆的稳定性判据,判断车辆的行驶状态.模糊横摆力矩控制器根据车辆的失稳情况估算所需补偿的横摆力矩.用滑移率控制器估算目标车轮的滑移率,通过制动系统和双转子电机的PID控制、模糊控制和模糊PID控制使目标车轮的滑移率达到需求值.最后应用Vedyna软件进行车辆的仿真分析,证明了该控制策略的有效性.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(041)008【总页数】7页(P80-86)【关键词】车辆稳定控制系统;双转子电机;横摆角速度;质心侧偏角;模糊控制【作者】罗玉涛;李红;林小慰;来恩铭【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院∥广东省汽车工程重点实验室,东广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院∥广东省汽车工程重点实验室,东广州510640;广州汽车集团乘用车有限公司,广东番禺511400;华南理工大学机械与汽车工程学院∥广东省汽车工程重点实验室,东广州510640【正文语种】中文【中图分类】U461.6汽车的操纵稳定性控制对于汽车的主动安全性有着重要的意义．车辆的操纵稳定性控制主要采用控制处于极限工况下汽车的运动，使得驾驶者仍然可以按照正常的驾驶方式顺利通过原本令人难以驾驭的危急状况．车辆操纵稳定性控制系统是由车辆电子控制单元(ECU)控制，采用闭环控制的算法来减轻车辆的过度或不足转向趋势，该系统能准确获得车辆横摆角速度的大小，并能够对车辆质心侧偏角或者质心侧偏角速度进行估算．目前国内外的操纵稳定性控制策略大多采用的是横摆力矩控制．目前比较成熟的车辆稳定性控制系统主要有博世的电子稳定控制程序(ESP)等．博世的电子稳定控制程序系统是一个状态反馈控制器，状态变量为汽车的质心侧偏角与横摆角速度，状态控制器的输出为需求的横摆力矩［1］．德国大陆公司提出一种可以区分不同驾驶工况的控制仲裁器，对车辆车轮制动力与发动机扭矩进行了相应的控制，并与防抱死制动系统ABS、牵引力控制系统TCS系统进行相应的协调控制［2］．Mando公司则是基于理想横摆角速度和实际横摆角速度的偏差，采用比例-积分-微分(PID)控制算法估算车辆所需的横摆力矩［3］．双转子电机利用作用力和反作用力的原理，将传统电机的定子作为外转子，将原有的转子作为内转子，两者作反向运动．永磁体磁场与电枢绕组产生磁场相互作用，因此产生电磁转矩．目前双转子电机最广泛的应用领域是在混合动力系统和风力发电系统中．双转子电机与内燃机结合的驱动系统展现了更多的优点:驱动系统集驱动、差速、制动能量再生于一体，效率高、重量轻、成本低．文中研究一种基于双转子电机直接驱动的电动汽车．该电动汽车前桥采用常规的机械驱动桥，后桥采用双转子电机通过左右行星齿轮直接驱动车轮，其同时可以实现两驱与四驱系统的任意切换．文中针对双转子电机的驱动特性，利用Vedyna软件建立双转子电机与整车操稳性的仿真模型．通过建立理想状态下的车辆模型，估算理想横摆角速度和质心侧偏角．根据相平面法设计车辆稳定性判断准则、模糊横摆力矩控制器输出需求的横摆力矩、滑移率控制器控制目标车轮的滑移率．并通过系统仿真验证了该控制策略的有效性．1 车辆状态参数观测器的设计状态观测器是根据系统的外部变量的实测得出状态变量估计值的一类动态系统．为了获取车辆状态和路面状况，常常使用状态估计的方法．1．1 车速的识别目前基于车辆的传感器进行纵向车速估算的方法主要有两种［4］:一种是基于轮速和车身加速度等基本测量信息的直接换算方法，另一种是基于模型间接估计的方法．其中利用基本测量信息直接换算方法是指通过轮速乘车轮的滚动半径获取车速［5-7］或者利用加速度信号与速度信号的积分关系［8］来估算车速．该算法比较简单，但是由于加速度信号都带有噪声，长时间的积分会导致结果严重偏离真实值．文中通过测量汽车行驶的纵向加速度传感器信号和从动轮的轮速信号，建立了一种融合了从动轮轮速信号的卡尔曼滤波算法与加速度积分算法的车速观测器，建立了车速估算的状态方程与观测方程．当车轮未出现过度打滑或者抱死时，采用基于从动轮轮速信号的卡尔曼滤波算法;当车轮出现过度打滑时，则趋向为加速度积分算法．权值计算模块则根据比较车身纵向加速度与车轮轮边加速度的差值以及当前的滑移率确定两种算法之间的加权系数，从而确定最终的车速估算值．1．2 质心侧偏角的识别对于汽车稳定性控制系统而言，横摆角速度和质心侧偏角是判断汽车实际运行情况的两个重要参数［9-10］．其中，车辆的横摆角速度可以通过横摆角速度传感器直接获得，而质心侧偏角则需要通过估算．车辆稳定性控制系统中，希望汽车在行驶过程中质心侧偏角尽可能小．由于车辆是一个非常复杂的系统，各种行驶环境都会影响汽车的行驶状态，使得质心侧偏角的估算需要兼顾多方面的考虑，因此质心侧偏角观测的准确性将是车辆稳定性控制系统的重点［11-13］．为了准确估算车辆行驶过程中的质心侧偏角，文中采用了一种基于二自由度汽车动力学的车辆质心侧偏角估算器．在质心侧偏角较小的情况下，轮胎的侧偏刚度处于线性区域，故可以采用基本车辆模型的卡尔曼滤波算法．当估算的质心侧偏角较大时，可切换为采用动力学积分算法，该估算器可以有效适应车辆运行状态的变化．2 双转子电机驱动的电动汽车模型车辆的动力学模型是操纵稳定性控制策略的基础．该双转子电机驱动的电动车辆模型包括了电机模型、车身模型等，如图1所示．图1 永磁同步对转双转子电机驱动桥结构设计Fig．1 Design of ADBR drive axle’s structure1—车轮;2—等速万向节传动机构;3—减速行星齿轮;4—滑环机构;5—带电枢绕组的外转子;6—永磁体内转子;7—换向减速行星齿轮;8—电机端盖;9—电机外壳永磁同步双转子电机作为一种新型的电机，具有结构简单、体积小、损耗小、效率较高等优点．通过相应的坐标变换，在转子磁场定向的同步坐标系上对电机的磁场电流和转矩电流进行解耦控制，得到了该双转子电机的数学模型:式中:ud，uq分别为交轴和直轴电压;id，iq分别为交轴和直轴电流;R为外转子相绕组电阻;Ld，Lq分别为交轴和直轴同步电感;P为电机磁极对数;为内转子永磁磁通;ωr为内外转子相对机械角速度;Te为电磁转矩．双转子电机转矩与转速控制方法类似于传统的永磁同步电机，但双转子电机所控制的转速为内外转子的相对转速，转矩为内外转子间转矩．由图2可知，双转子电机的内外转子分别与减速和换向减速行星齿轮相连，可以简化为四质量模型．其中，ωI、ωo为内、外转子转速;ωwl为左轮及半轴转速;ωwr为右轮及半轴转速;TI、To为内、外转子负荷;Twl为左轮及半轴负荷;Twr为右轮及半轴负荷;JI、Jo为内、外转子转动惯量;Jwl为左轮及半轴转动惯量;Jwr 为右轮及半轴转动惯量．外转子通过减速比Ip的行星齿轮与左侧车轮连接;内转子通过减速比Ip的换向减速行星齿轮和右侧车轮连接．将车轮以及传动系的转动惯量等效到内外转子上可以得到等式方程:综合上述式子分析可得:图2 四质量简化模型Fig．2 Illustration of four-mass model对双转子电机的控制实质上是对相对转速的控制，而电机的两个转子的实际转速的和与相对转速可以建立关系．这就与传统的车辆上的差速器原理十分相似，因此该双转子电机同时具有差速器的作用．3 操纵稳定性控制系统的设计车辆稳定性控制系统主要是由电子控制单元、传感器、执行器等部件组成，用于在需求时产生相应的制动力和驱动力．文中的双转子电机驱动的电动汽车的操纵稳定性控制结构如图3所示，包括上层控制器和下层控制器．上层控制器主要包括理想模型的横摆角速度和质心侧偏角计算、车辆稳定性判断和模糊横摆力矩控制器，下层控制器主要包括控制车轮的选择和滑移率控制器．3．1 理想横摆角速度和质心侧偏角计算简化的线性二自由度车辆模型常被用于计算车辆的理想横摆角速度和质心侧偏角．通过联立二自由度汽车运动的微分方程可得:图3 操纵稳定性控制结构图Fig．3 Structure of vehicle stability control system式中为理想横摆角速度，m为汽车质量，u为汽车的质心速度在纵轴上的分量，L为轴距，a为质心距前轴的距离，b为质心距后轴的距离，δ为前轮转角，Cr为后轮侧偏刚度，Cf为前轮侧偏刚度．由于考虑到了汽车的横向加速度不能超过路面和轮胎之间决定的加速度，即ay≤μg，否则将可能发生侧滑危险，此理想横摆角速度的最大值ωr_lixiang，max=μg/u，μ 为路面附着系数．综上所述，理想横摆角速度的最终值ωr_l应为两者最小值，即同理可求得理想质心侧偏角βlixiang为考虑到轮胎和地面之间的最大附着系数，可得:车辆横摆力矩主要是由轮胎的纵向力和侧向力共同作用的直接结果，而质心侧偏角在一定程度上也会对横摆力矩产生较大的影响，横摆力矩的增益随着质心侧偏角的增大而减小，特别是在较大的质心侧偏角下会导致车辆出现过度转向等失稳状态．因此，通过确定车辆质心侧偏角的极限特征值βT对车辆进行控制，从而有效地将质心侧偏角控制在极限范围内．同时，为了保证高速时的行驶安全性，质心侧偏角的理想值应当随着车速的增大而降低，综上所述最终理想的质心侧偏角为3．2 车辆的稳定性判断横摆角速度和车辆的质心侧偏角是表征车辆行驶状态的重要参考量．当车辆稳定行驶时，车辆实际的横摆角速度、质心侧偏角相比于理想值偏差不大．当车辆发生失稳时，轮胎容易突破其线性区域而工作在非线性区域或者极限状态，此时车辆有可能发生较大的侧偏，车辆实际的横摆角速度和质心侧偏角与理想值相比偏差较大．因此，可以通过该偏差的大小来跟踪车辆的行驶状态，但是由于该偏差带较难确定，而只使用横摆角速度状态标量反馈控制时，质心侧偏角过大会使控制效果不够理想．因此，可以通过质心侧偏角及其变化率构成相平面来判断车辆的行驶状态，构造如下判断式:若判断式成立，则认为此时车辆处于行驶稳定状态;若不成立，则认为此时车辆失去稳定性，需要控制系统的介入．文中 C1=4．4，C2=2．6，β 为质心侧偏角．3．3 横摆力矩控制器的设计当汽车处于转向的非线性区时，轮胎的侧向力比较大，接近饱和状态，此时轮胎纵向力将对侧向力产生很大的影响，两者的关系可以通过HSRI(Highway Safety Research Institute)轮胎模型确定．当车辆需要横摆力矩控制时，可以采用前轴单侧制动、后轴单侧制动与双转子电机驱动的控制方式．通过实际的横摆角速度和质心侧偏角与驾驶员期望值的偏差e及其变化率˙e作为模糊控制器输入变量，输出补偿横摆力矩M，构成的模糊控制器结构如图4所示，模糊控制调整映射如图5所示．其中，ω为实际横摆角速度;βd为理想质心侧偏角;β为实际质心侧偏角;e为理想值与实际值的偏差;˙e为理想值与实际值偏差的变化率;E为横摆角速度或质心侧偏角偏差;EC为横摆角速度或质心侧偏角偏差变化率;U表示模糊规律;ΔM为车辆的横摆力矩．图4 模糊控制器结构Fig．4 Structure of fuzzy controller图5 模糊控制调整映射图Fig．5 Fuzzy control regulation map3．4 控制车轮的选择根据车辆的转向信息和横摆角速度，可以判断车辆属于过度转向或不足转向，从而控制相应的车轮．假设逆时针方向为正，顺时针方向为负，当车辆向左转弯，横摆角速度偏差即理想值与实际值的偏差小于零时，则认为过度转向，此时对车辆的右前轮进行紧急制动，产生顺时针的补偿横摆力矩;当车辆的横摆角速度偏差大于零时，则认为车辆转向不足，此时对车辆的左后轮进行紧急制动，对右后轮进行驱动，产生逆时针的横摆力矩，使得车辆按需求的方向行驶．同理，当车辆向右转弯时，则认为车辆的转向角小于零．若此时车辆的横摆角速度小于零，则认为车辆过度转向，对车辆的左前轮进行紧急制动;当横摆角速度偏差大于零时，则认为车辆处于不足转向，此时需要对车辆的右后轮进行紧急制动，同时增大后轴的双转子电机的驱动力矩，使左后轮产生驱动力，整车产生了顺时针方向的补偿力矩，最终控制车辆保持稳定．3．5 目标滑移率的控制滑移率控制器估算出目标车轮的滑移率．因此，制动系统需要对目标车轮滑移率进行有效控制，达到所需求的横摆力矩［14-16］．文中分别采用PID控制、模糊控制和模糊PID控制对滑移率进行控制，并比较其控制性能．PID控制器采用滑移率偏差作为输入，输出为车轮的制动力和双转子电机驱动力．模糊控制器采用滑移率的偏差及其变化率作为输入变量，制动与驱动力矩作为输出变量．模糊PID控制器以滑移率的偏差和偏差变化率作为输入，利用模糊控制规则在线对PID的3个控制参数进行整定．4 仿真计算与结果分析为了验证操纵稳定性控制系统的控制效果，在Vedyna软件中建立了该车辆的仿真模型，集成了车身、电机、制动系统等模块．该车辆的相关仿真参数如表1所示．表1 车辆仿真参数Table 1 Simulation parameters of vehicle/m 1．554 Z轴转动惯量/(kg·m2)1750 后轮距/m 1．542质心至前轴距离/m 1．25 质心高度/m 0．45质心至后轴距离/m 1．46 车轮半径/m 0．286轴距/m 2．71 非簧载质量/kg 90利用该仿真平台进行车辆的双移线工况仿真．假设工况1为车辆的行驶速度为80km/h，路面的附着系数为0．4，质心侧偏角和横摆角速度的仿真结果如图6、图7所示．图6 质心侧偏角对比图(工况1)Fig．6 Side-slip angle comparisonchart(Condition 1)图7 横摆角速度对比图(工况1)Fig．7 Yaw rate comparison chart(Condition 1) 对比有、无该操纵稳定性控制系统的曲线图可以看出，在低附着路面上行驶时，有、无该操纵稳定性控制系统对车辆的稳定性影响较大．无控制的车辆在行驶过程中发生了严重的失稳，质心侧偏角产生了较大的变化，且失稳时车辆的横摆角速度也有较大的波动．对比采用了滑移率PID控制器、滑移率模糊控制器和滑移率模糊PID控制器的车辆，均能有效地抑制车辆失稳，其中滑移率的模糊PID控制器略好于其他两种控制器．因此，当车辆在较低附着系数的路面行驶时，稳定性控制系统可以有效抑制车辆的失稳，使得车辆的质心侧偏角和横摆角速度控制在合理的范围内．假设工况2为路面的附着系数为0．4，车速为60km/h，利用该车型模型进行蛇形绕桩仿真．滑移率控制分别采用PID控制器、模糊控制器和模糊PID控制器，质心侧偏角、横摆角速度变化曲线如图8和图9所示．对比有、无该控制系统的质心侧偏角和横摆角速度，分析可知，当车辆在连续过弯时，该控制系统的作用非常明显，当车辆无该控制系统时，车辆的质心侧偏角逐渐增大，在20 s时发生了较大的波动，车辆失去控制．而增加了该控制系统的车辆在制动力和双转子电机的驱动力的共同作用下，车辆保持行驶的稳定性，有效地抑制了车辆的质心侧偏角和横摆角速度的增大．图8 质心侧偏角对比图(工况2)Fig．8 Side-slip angle comparisonchart(Condition 2)图9 横摆角速度对比图(工况2)Fig．9 Yaw rate comparison chart(Condition 2)5 结论文中详细介绍了车辆稳定性控制系统的基本原理，通过控制车轮的制动力和驱动力改变汽车的横摆力矩，从而实现对汽车的稳定性控制．根据理想状态下的参考模型计算出车辆在该转向情况下的理想横摆角速度和质心侧偏角．通过相平面法判断汽车的失稳状态，若车辆出现失稳，则由横摆力矩控制器计算需求的补偿力矩并估算所需控制车轮的目标滑移率，该信号被输送至制动系统与电机并执行控制，使得车辆处于稳定状态．最后对比该双转子电机驱动的电动汽车的运动仿真，结果表明该控制系统具有明显的控制效果，车辆的横摆角速度和质心侧偏角在失稳情况下均得到了有效控制．参考文献:［1］van Zanten A，Erhardt Rainer，Landesfeind Klaus，et al．VDC systems development and perspective ［J］．SAE Technical Paper，1998，2:35．［2］陈帧福．ESC的工作原理与发展前景［R］．法兰克福:德国大陆公司，2007．［3］Kim Dongshin，Kim Kwangil，Lee Woogab，et al．Development of Mando ESP(Electronic Stability Program)［J］．SAE Technical Paper，2003，1:0101．［4］褚文博，李深，江青云，等．基于多信息融合的全轮独立电驱动车辆车速估计［J］．汽车工程，2011，33(11):962-966．Chu Wen-bo，Li Shen，Jiang Qing-yun．Speed estimation for all-wheel drive vehicles based on multi-information fusion ［J］．Automatic Engineering，2011，33(11):962-966．［5］Daiss A，Kiencke U．Estimation of vehicle speed fuzzy-estimation in comparison with kalman filtering［C］∥P roceedings of the 4th Conference on Control Application．Albany:IEEE，1995:281-284．［6］Kazuyuki Kobayashi，Ka C Cheok，Kajiro Watanabe．Estimation of absolute vehicle speed using fuzzy logic rule based kalman filter［C］∥Proceedings of the American Control Confer ence．Seattle:IEEE，1996:3086-3090．［7］Mara Tanelli，Savaresi Sergio M，Carlo Cantoni．Longitudinal vehicle speed estimation for traction and braking control system［C］∥Proceedings of the 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基于门限自调整的车辆主动横摆力矩PD控制策略研究
基于门限自调整的车辆主动横摆力矩PD控制策略研究随着汽车发展的不断深入，车辆控制系统也得到了越来越广泛的应用。
为了提高车辆的稳定性和安全性，在车辆控制系统中，横向稳定性控制是必不可少的一个环节。
在这个领域中，门限自调整的车辆主动横摆力矩PD控制策略得到了广泛关注。
本篇论文主要针对门限自调整的车辆主动横摆力矩PD控制策略进行研究。
本文首先对该控制策略的基本原理进行了介绍，接着对其模型进行了建立，并对其控制模型进行了分析。
接下来，通过进行仿真实验等方法，验证了该控制策略的有效性和可行性。
最后，对未来的研究方向进行了展望。
门限自调整的车辆主动横摆力矩PD控制策略基于车辆的动力学和操纵规律，通过对车辆末端力矩的控制来调整车辆横向动力学行为，实现车辆的稳定性控制。
该控制策略的主要特点是门限自适应功能，即在车辆动态响应过程中，根据车辆的操纵情况和外部环境变化等因素，自动调整门限值，使得控制效果更加稳定和可靠。
在模型建立方面，本文采用了经典的车辆动力学模型，对车辆的横向运动进行了分析。
通过对车辆的横摆角度、横摆角速度和车辆侧向力等参数的测量和计算，建立了车辆横向稳定性控制模型。
接着，设计了门限自调整的车辆主动横摆力矩PD控制器，包括门限自适应功能和比例-微分控制器等组成部分。
通过理论分析和仿真实验，证实了该控制器对车辆横向稳定性的有效控制。
在仿真实验中，本文采用了Matlab/Simulink软件进行了建模和仿真。
通过对几种常见情况下的仿真实验分析，结果表明：该门限自调整的车辆主动横摆力矩PD控制策略具有良好的控制性能和稳定性，能够有效地提高车辆横向稳定性和控制精度。
最后，对未来的研究方向进行了展望。
本文研究的门限自调整的车辆主动横摆力矩PD控制策略在车辆控制领域中具有广泛应用价值。
但是，由于车辆运动过程中的复杂性和不确定性，该控制策略仍有一定的局限性。
因此，未来的研究需要继续完善该控制策略，提高其控制精度和适应性，推广其在各种不同工况下的应用。
直接横摆力矩控制车辆稳定性研究概述
摘 要：针对直接横摆力矩如何实现汽车的稳定性，与其他一些汽车稳定性控制系统进行了比 较。概述了国内外采用的一些直接横摆力矩控制策略及力矩分配方法，并介绍了直接横摆力 矩控制在实车上的应用，最后分析了直接横摆力矩的发展趋势。 关键词：直接横摆力矩控制 车辆稳定性控制 控制策略 集成控制
Abstract Direct yaw moment control with other vehicle stability control systems was compared on how improve the vehicle's stability. Some control strategies that are used in direct yaw moment control and the study of moment distribution at home and abroad are summarized, and the applications of direct yaw moment control in some real vehicle were introduced. Fanally development tendency of direct yaw moment control was analyzed. Key words direct yaw moment control; vehicle stability control; control strategies; integration control
4WS和主动前/后轮转向系统均通过前后轮转角影响轮胎侧向 力，减小车辆侧偏角，改善侧向稳定性。
4WS是在转向行驶中，通过增加后轮转向，使汽车在低速时 能够减少最小转弯半径，提高汽车机动性，而在中高速时，减小 质心侧偏角，提高汽车的操纵稳定性。在侧向加速度较小的范围 内，轮胎侧向力与转向角成比例，这样通过一个2自由度的线性模 型就能够很容易地实现控制目标。但在大侧向加速度下，侧向力 与转向角不再成比例，轮胎侧向力取决于轮胎的负重和纵向力，此 时轮胎进入非线性特性区域，轮胎侧向力易达到饱和，使得4WS不 能取得令人满意的效果，汽车易失稳[1]。
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基于直接横摆力偶矩控制的中置轴汽车列车操纵稳定性研究
中置轴汽车列车因其较小的车长、良好的密封性能和较低的能耗而备受关注。
然而，其操纵稳定性一直是一个值得研究的难题。
直接横摆力偶矩控制技术是一种有效的解决方案，本文将对其进行研究。
中置轴汽车列车由于其车辆结构的特殊性质，其操纵稳定性相对较差。
在高速行驶时，车辆存在强烈的翻滚和横摆现象。
为了解决这个问题，需要寻找一种有效控制方式。
横摆力偶矩控制技术是通过制动力和扭矩控制对车辆进行稳定控制的方法。
通过在车辆转弯过程中施加横向力，减少车辆侧倾，从而增加车辆的横向稳定性。
本文将研究直接横摆力偶矩控制技术在中置轴汽车列车中的应用。
首先，需要建立中置轴汽车列车的动力学模型。
其次，需要确定控制系统的控制策略。
最后，需要进行仿真实验验证控制效果。
通过建立中置轴汽车列车的动力学模型，可以获取车辆运动学、动力学方程式和能耗等参数。
根据这些数据，可以进行控制系统的设计和调试。
将转弯半径、速度和车辆质量等因素考虑在内，进行仿真实验。
控制策略需要考虑车辆的实际运行情况和控制系统的可行性。
直接横摆力偶矩控制技术可以通过控制制动力和扭矩控制来实现对车辆的稳定控制。
根据车辆的运动状态，通过反馈控制算
法来实现车辆的稳定控制。
通过仿真实验可以获得控制系统的控制效果。
将仿真数据与实际测试数据进行比较，验证控制系统的稳定性和准确性。
根据仿真实验结果可以发现，直接横摆力偶矩控制技术能够有效地提高中置轴汽车列车的操纵稳定性。
总之，直接横摆力偶矩控制技术是一种有效的中置轴汽车列车操纵稳定性解决方案。
通过建立动力学模型，确定控制策略和进行仿真实验，可以有效提高车辆的操纵稳定性，为中置轴汽车列车的运行提供技术支持。
直接横摆力偶矩控制技术在中置轴汽车列车中得到了广泛应用。
这种技术利用特殊的控制系统，通过对车辆制动力和扭矩的控制，能够减少车辆转弯时倾覆和横摆现象，提高车辆的稳定性和安全性。
与其他控制方法相比，直接横摆力偶矩控制技术有以下优点：
1. 精度高：通过反馈控制算法，可以实时根据车辆运动状态进行控制，控制精度高。
2. 速度快：直接横摆力偶矩控制系统具有较快的响应速度，能够在车辆转弯时及时响应并控制。
3. 噪声小：与其他系统相比，直接横摆力偶矩控制系统噪声较小，对环境影响小。
中置轴汽车列车的操纵稳定性问题长期以来一直是一个研究难点。
直接横摆力偶矩控制技术的应用，有效地解决了这个问题。
通过对车辆制动和扭矩的控制，控制系统能够实时调整车辆的运动状态，提高操纵稳定性和减少事故风险。
未来，随着汽车行业的发展和技术的进步，直接横摆力偶矩控制技术还能继续优化和改进。
例如，可以采用更先进的控制算法和传感器，实现更高精度和更高速度的控制。
同时，可以利用人工智能、机器学习等技术对控制系统进行改进，提高系统的智能化水平。
在研究直接横摆力偶矩控制技术的过程中，还需要考虑到系统的成本和可行性。
虽然直接横摆力偶矩控制技术在中置轴汽车列车中得到了广泛应用，但对于一般车型而言，成本和适用性还存在一定的问题。
因此，在应用时需要进行全面的评估和决策。
综上所述，直接横摆力偶矩控制技术是一种有效的中置轴汽车列车操纵稳定性解决方案。
通过不断优化和改进，其在汽车行业中的应用前景也很广阔。
直接横摆力偶矩控制技术是一种先进的控制技术，可以有效的提高乘车体验、行车安全等方面的问题，被广泛应用于汽车、火车等交通工具中。
其原理为控制车辆的制动力和扭矩，使得车辆呈现出稳定的操控状态。
对于中置轴汽车列车的控制问题，直接横摆力偶矩控制技术可以解决车辆在转弯时出现的滑动、倾覆等问题，提高了车辆的操控性和运行安全性。
在汽车行业中，直接横摆力偶矩控制技术的应用范围很广，除
了中置轴汽车列车，也适用于其它类型的汽车。
通过精准的控制车辆制动力和扭矩，可以有效降低车辆在行驶时的翻车率和事故率，提高乘车安全性。
此外，直接横摆力偶矩控制技术还可以提高车辆的驾驶体验。
对于一些运动性较强的车型，在高速驾驶时，直接横摆力偶矩控制技术可以提升车辆的操控感，使得驾驶者能够更加自如地操作车辆。
除了在汽车行业中的应用，直接横摆力偶矩控制技术还有诸多应用前景。
对于火车等其它交通工具的控制问题，该技术同样适用。
如火车在通过弯道时的横摆问题，也可以通过直接横摆力偶矩控制技术来解决。
此外，在机器人等其它领域中，直接横摆力偶矩控制技术也有应用前景。
在机器人的控制中，如何保证其稳定性和操纵性是一个重要问题，直接横摆力偶矩控制技术可以通过合理控制机器人的动力系统来实现。
尽管直接横摆力偶矩控制技术在汽车、火车等交通工具中得到了广泛应用，但是其技术还需要不断地改进和完善。
未来，随着汽车和机器人等相关领域的发展，直接横摆力偶矩控制技术也将不断更新和升级，以满足不同领域的需求。
总的来说，直接横摆力偶矩控制技术是一种非常实用和先进的技术，其应用范围很广。
希望通过不断的改进和优化，可以更好地发挥其在提高交通工具稳定性、安全性等方面的作用。