车辆直接横摆力矩控制方法研究

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饱和约束下的汽车直接横摆力矩控制器设计

目前在汽车直接横摆力矩控制器设计中，往往忽略了可利用的附加横摆力矩是限制在一定范围之内的这一约束
条件，而当系统饱和时控制器输出与输入将不再满足所设计的反馈规律，这导致在实际环境下工作时难以保证控制精度。为了克服这一缺陷，利用矩阵不等式方法设计了一种抗饱和的汽车稳定性控制策略。通过仿真实验表明，与二次型最
ＡＣｏｎｔｒｏｌＭｅｔｈｏｄｆｏｒＶｅｈｉｃｌｅＤｉｒｅｃｔＹａｗ－ＭｏｍｅｎｔｗｉｔｈＩｎｐｕｔＳａｔｕｒａｔｉｏｎＣｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ
ｗｉｔｈｔｈｉｓｃｏｓｔｎｒａｉｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｓｒａｒｅｌｙｔｏｂｅｃｏｎｃｅｒｎｅｄｕｎｔｉｌｎｏｗ．Ｔｏｏｖｅｒｃｏ￣ｔｈｓｉｑｕｅｓｔｉｏｎ，ａｎａｎｔｉ－ｓｔｕａｒｔｉａｏｎｃｏｎｔｒｏｌｅｒｌｈａｓ
机械设计与制造
１７２ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第３期２０１３年３月
饱和约束下的汽车直接横摆力矩控制器设计
张鹏，王琪，袁明新，洪磊
（江苏科技大学张家港校区，江苏张家港２１５６００）
优控制器相比，抗饱和控制器不仅能有效实现控制目标，同时还具有良好的抗饱和性能。该方案的设计为更加合理的汽
车稳定性控制策略提供了参考。关键词：汽车稳定性；横摆力矩控制：输入饱和

基于门限自调整的车辆主动横摆力矩PD控制策略研究报告 (1)

基于门限自调整的车辆主动横摆力矩PD控制策略研究的报告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技术的发展，我们的生活质量也一直在不断提高。

然而，交通安全仍然是我们面临的重要问题之一。

在车辆驾驶过程中，横向摆动是一种普遍存在的现象。

为了解决这个问题，研究人员提出了很多不同的控制策略。

在这篇报告中，我们将介绍门限自调整的车辆主动横摆力矩PD控制策略。

一、背景横向摆动是汽车运行过程中的常见问题。

车辆在快速变道、行驶在湿滑路面或弯道中等情况下容易出现横向摆动。

这种摆动不仅影响行驶舒适性，还会增加车辆翻车的风险，对驾驶员的驾驶安全造成威胁。

二、研究对象本研究采用的是门限自调整的车辆主动横摆力矩PD控制策略。

这种控制策略是基于车辆动力学原理来实现的，主要是通过对车辆实时横向运动状态的监控以及计算摆动角度和角速度等参数，从而产生相应的控制信号实现车辆横向稳定控制。

三、控制系统设计该控制策略的核心是一个门限自调整的PD控制器，其主要作用是根据车辆的实时横向运动状态来计算出一个合适的主动横摆力矩。

这里，PD控制器的输出是由比例项和微分项组成，即：控制量 = KP ×偏差 + KD ×偏差率其中，KP是比例增益项，KD是微分增益项。

偏差是指实际横向运动状态和期望横向运动状态的差异，偏差率是指偏差的变化率。

PD控制器输出的控制量作用于转向系统，以产生合适的横向力矩实现车辆的横向稳定控制。

此外，为了避免控制器产生过多的控制信号，从而影响车辆稳定性，我们使用了门限自调整机制，即进一步计算当前控制量与历史控制量的差异，根据门限设定，调整控制增益，并限制输出控制信号幅度。

四、仿真实验为了验证该控制策略的有效性，我们在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真实验。

仿真模型包括车辆运动模块、传感模块、PD控制模块等。

我们在路面不平、湿滑路面和急转弯等不同情况下进行了仿真实验，并与传统PID控制策略进行了对比。

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。

基于非线性直接横摆力矩控制的ESP研究

ｂｕｉｌｔｏｒｆａｃｃｕｒａｔｅｌｙｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌａｎｄｌａｔｅｒｌａｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓｏｆｖｅｈｉｃｌｅ．Ａｎａｃｔｕａｔｏｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｉｓａｌｓｏ
ｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｒＡＲＭ７ａｎｄａｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｒｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ — ｔｈｅ — ｌｏｏｐ（ＨＩＬ）ｔｅｓｔｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆ
保证ＥＳＰ多种功能的正常执行；基于ＡＲＭ７自主开发了ＥＳＰ控制器，并搭建了硬件在环平台对其进行测试。测试
结果证明了该控制策略的有效性。
关键词：汽车；电子稳定程序；直接横摆力矩控制；硬件在环测试ＡＳｔｕｄｙｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｔａｂｉｌｉｔｙＰｒｏｇｒａｍＢａｓｅｄｏｎＮｏｎｌｉｎｅａｒＤｉｒｅｃｔＹａｗ．ｍｏｍｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌ
ｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅａｃｔｕａｔｏｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｒｆｌｌａｓｕｂ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｔｏｐｒｅｖｅｎｔｃｏｎｌｆｉｃｔｉｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＤＹＣａｎｄＡＢＳｏｒＡＳＲｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｅｎｓｕｉｒｎｇｔｈｅｎｏｒｍａｌｅｘｅｃｕｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ — ｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆＥＳＰ．ＡｎＥＳＰｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｌｙｄｅ－

联合主动转向和横摆力矩控制的汽车操纵稳定性研究

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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

基于直接横摆力偶矩控制的中置轴汽车列车操纵稳定性研究

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。

基于滑模变的汽车横摆力矩控制研究

基于滑模变的汽车横摆力矩控制研究杜显晖【期刊名称】《《汽车实用技术》》【年(卷),期】2019(000)022【总页数】3页(P98-100)【关键词】滑模变控制器; 横摆力矩; 稳定性控制【作者】杜显晖【作者单位】江铃股份有限公司车架厂江西南昌 330000【正文语种】中文【中图分类】TM571.2引言近年来，基于横摆力矩控制的汽车稳定性研究越来越受到学者们的重视。

横摆力矩的控制性能好坏直接影响到汽车驾驶的稳定性和平顺性。

针对上述问题，学者们提供了各种汽车横摆力矩的控制策略。

经典的方法有PID 控制、模糊控制、最优控制和滑模变控制等。

其中，滑模变结构控制具有较强的鲁棒性和抗干扰性，特别适合于非线性系统的控制。

由于汽车具有非线性的特性和外部具有多种干扰，故采用滑模变控制器来对汽车的横摆力矩进行控制是非常合适的。

本文使用滑模变控制器对汽车的横摆力矩进行控制，首先介绍了滑模变控制器的基本原理，再在汽车系统动力学模型的基础上，使用滑模变控制器对汽车的横摆力矩进行控制，最后用汽车系统动力学仿真软件carsim 对基于滑模变控制的汽车横摆力矩进行动力学仿真，仿真结果证明了本文方法的有效性。

1 滑模控制的原理设某非线性系统的动力学方程为：其中，x 为状态变量。

若式(1)的切换面为，切换面使得空间被分隔成两个部分，分别为与。

则曲面上存在三种状态：（1）通常点——如图中A 点所示（2）起始点——如图中B 点所示（3）终止点——如图中C 点所示。

其中C 点即终止点在滑模变控制中为关键点。

并称在切换面s=0 上所有终止点的区域为滑动模态区，简称为滑模运动。

当只有在切换面上的点全是终止点时才能使用滑模控制，则在切换面s(x)=0 附近时，有：式（2）为滑动模态存在的条件。

如果系统的某一点再离切换面很远处，处在状态空间的任何一个地方，滑模面必须要能将所有切换面外的状态点都吸引进入切换面，所以滑动模态的全局到达条件如式（3）所示，其中x 可为任意值：基于式（1）~（3），定义滑模函数：在切换函数如下所示：控制函数可写为：由可知公式（6）成立，滑模面存在。

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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关键词：操纵稳定性；直接横摆力矩；最优控制；自适应性
【ｓｒｃ】Ａｂｔｒ８ｄｆｎｎｉａｅｉｅｍｏｅａｕｌａｄＡＬｎａｕｄａｉＲｇｌｏＡｂｔａｔｅｔ一ｏｏｌｅｒｖｈｃｄＺｗｓｂｉ，ｎｉｅｒＱａｒｃｅｕａｒｅｎｌｔｔｔ
（ｔｅＫｙＬｂｒｔｙｏＭｅｈｎｃｌｒｎｍｉｉｎｏｈｎｑｎｎｖｒｔ，ｈｎｑｎ００４ＣｉａＳａｅａｏａｏｆｃａｉａＴａｓｓｏｆｏｇｉｇＵｉｓｙＣｏｇｉｇ４０４，ｈｎ）ｔｒｓＣｅｉ
机械设计与制造
１６２文章编号：０１３９（０００ — １６０１０ — ９７２１）２０２ — ２ＭａｈｉｒＤｅｉｎｃｎｅｙｓｇ＆Ｍａｕａｔｒｎｆｃｕｅ
第２期２１００年２月
车辆直接横摆力矩控制方法研究
罗虹张立双来飞
（重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆４０４）００４
ＡｏｔｏｔｏｔｄｏｅｉｌｉｃａｃｎｒＩｍｅｈｄｓｕｙｆｒｈｃｅｄｒｔｗ— ｖｅｙｍｏｍｅｔｎ
ＬＵＯｎＺＨＡＮＧｉｓｕａｇ，ＡＩＦｅＨｏｇ，Ｌ— ｈｎＬｉ
状态差异法来设计车辆操纵稳定性控制方法，Ｍｔｂｉｌｋ在ａｌ／ｍｕｎａＳｉ
＋１ｌｃｓ２（ｆ源自＋Ｆ＋）＋ｒ一
（＋ｘ＋＝Ｇ咖Ｖ．一一）＋
（√ ｚｒ＝，）
（＋・）ｙ＋
作技能对车辆运动安全性的影响，在车辆的各种行驶状态下通过对每个车轮的受力进行调节，产生横摆力矩克服过多转向或不足转向，从而主动地对车辆进行动力学控制提高汽车在高速和恶劣道路等极限条件下行驶时的操纵稳定性Ⅲ 。因此，ＹＤＣ是最具有发展前景的汽车主动底盘控制技术之一。建立了八自由度非线性车辆动力学模型，采用车辆质心侧偏角和横摆角速度跟踪理想模型的
ｆｒａｃｎａｉｔ，ｓａｏｄｓｉｔａｄｓＩａａｔｇｏｍｅｄｓｌｙａｏｈｓａｏａｌｙｎｆｄｐｉ．ｎａｔｉｌｂｇｔｉｂｅ－ｎ
Ｋｅｏｄ：ｈｃｅｈｎｌｇａｄｓｂｌｙＤＹＬｙｗｒｓＶｅｉａｄｉｎａｉｔ；Ｃ：ＱＲｎｒｌＳｌａａｔｇｌｎｔｉｃｔｏ；ｅ－ｄｐｉｏｆｎ
（ＱｃｎｒｌｒａｓｄｅｍｒｖｅｉｅｈｎｌｇｐｒｒａｃｄｓｂｌｙＴｅｗｙｈｗｔｇｔＬＲ）ｏｔｌｓｔｉｄｔｉｐｏｅｖｈｃａｄｉｅｏｍｎｅａｔｉｔｈａｏｅｏｅｗｕｏｌｎｆｎａｉ．ｏｔｅｏｒｃｉａｏｔｎＷＳｒｓａｃｅ．ｉｌｔｎｅｅｃｒｄｏｔｎｄｆｒｎｃｎｉｏｓＴｅｓ — ｈｒｔｅｗｍｎｔＯｅｒｈｄＳｍｕｉｓｒａｉｕｉｉｅｅｔｏｄｔｎ．ｉｃｅｖｙｅｅａｏｗｒｅｆｉｈｍｕ
ＤｒｃＹｗｍｍｎＣｎｒ）的开发就是旨在淡化驾驶人员的操ｉｔａ — ｏｅｔｏｔ１ｅｏ
（一）（。ｃｓ一＋。ｓ６Ｆ＋＝。，ｏ（ｉ＋，＋）￣）ｎ＝。）ｉ（＋ｓｎ（）１（）２
ｌｉｓｈｄｃｅｔａｔｅｄｓｎｄｃｎｒｌｅｏａｆｃｉｌｉｐｏｅｔｅｉｌｈｎｌｇｅ— ｔｎｅａｏｒｕｓｉｉｈｅｉｅｏｔｔｄｃｎｅｅｔｅｒｈｖｈｃｅａｄｉｒｎａｔｔｈｇｏｍｈｆｖｙｍｖｅｎｐ —
中图分类号：Ｈ１文献标识码：Ｔ６Ａ
１引言
考虑汽车的纵向、向、侧横摆、侧倾运动，以及四个车轮的转
考虑了汽车加速、减速及转向时汽车的轴向载荷转移；忽略汽ＡＳＳＢ／Ｒ可在车辆紧急制动或加速行驶状态时通过控制车动；Ａ车的俯仰及垂直运动。车辆动力学方程如下：轮滑移率来提高车辆的安全Ｉ，生对于紧急转向或高速换线行驶的车辆则无法提供安全保障。汽车直接横摆力矩控制（简称ＤＣ，Ｙ
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【摘
要】为提高车辆的操纵稳定性，建立了优化的八自由度非线｝生车辆模型，研究了基于最优控制理ｊ
：论的车辆直接横摆力矩控制方法，并对校正横摆力矩的实现进行了探讨。通过在不同工况下进行仿真，结
；果表明所设计的控制方法不仅可以有效地改善车辆的操纵稳定性，而且具有很好的稳定性和自适应性。；