基于SPS和DYC集成控制方法提高汽車主動安全性的分析

傳統(tǒng)汽車控制系統(tǒng)很大程度上依賴于路面/輪胎的相互作用，主動轉(zhuǎn)向控制在輪胎非線性區(qū)域內(nèi)失效，而轉(zhuǎn)向制動力控制無法滿足低摩擦因數(shù)的路面以及緊急制動情況下對車輛的控制。基于兩種對橫擺力矩的控制方法（主動懸架控制、直接橫擺力矩控制DYC），搭建了一種新的橫擺力矩控制系統(tǒng)（SPS）。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行,同時也能被集成到制動力對橫擺力矩控制的系統(tǒng)中。相比于DYC系統(tǒng)，該新系統(tǒng)在低路面摩擦因數(shù)的道路上表現(xiàn)出了更好的性能。

基于獵豹在高速奔跑時通過尾部擺動來調(diào)節(jié)自身平衡的方法，在汽車后部加裝了一個旋轉(zhuǎn)質(zhì)量模塊，并安裝了相應(yīng)的彈簧和阻尼，以控制橫擺力矩的目的。為了便于分析，在原有的汽車線性2自由度操穩(wěn)模型的基礎(chǔ)上增加了旋轉(zhuǎn)質(zhì)量模塊，構(gòu)成了一個3自由度汽車模型。通過模型分析，將系統(tǒng)的狀態(tài)方程表示出來。為了更實(shí)際地模擬該系統(tǒng)的動態(tài)特性，采用9自由度模型，并且結(jié)合輪胎魔術(shù)公式，用非線性模型對系統(tǒng)進(jìn)行搭建。

通過比較Matlab/Simulink模型和ADAMS模型，驗(yàn)證了9自由度模型的有效性和準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了控制器設(shè)計，采用優(yōu)化的LQR控制策略實(shí)現(xiàn)對橫擺力矩等的控制。分析了模型中的變量對控制結(jié)果的影響，以及系統(tǒng)的瞬態(tài)/穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和SPS功率損耗。使用Matlab/Simulink對模型進(jìn)行仿真，將仿真過程分為了不控制、DYC控制、SPS控制、SPS+ DYC聯(lián)合控制4種工況。

SPS不受路面和輪胎性能的影響，可提升車輛的操縱穩(wěn)定性。由于SPS的功率損耗在可接受范圍內(nèi)，因此可以直接應(yīng)用于傳統(tǒng)車輛的控制上。為了實(shí)現(xiàn)對車輛在各種路面與輪胎下的控制，采用了SPS和DYC集成控制的方法。仿真結(jié)果表明，這種方法相比SPS可表現(xiàn)出更好的性能。

刊名：Transportation Research Part C（英）

刊期：2014年第136期

作者：Avesta Goodarzi et al

編譯：王培德