● 摘要
车辆在行驶时失稳是导致恶性交通事故的重要原因。如何提高汽车行驶安全性是现代汽车研究的重要课题之一。基于汽车轮胎与路面之间的附着系数随滑动率改变的基本原理而开发的防抱死制动系统（ABS）、驱动防滑控制系统（ASR）和通过直接横摆力矩控制（DYC）增强车辆稳定性的车辆动力学控制系统（VDC）一直是国内外研究的热点，其目的在于改善制动性、牵引性、操纵性和横向稳定性等动力学性能。ABS/ASR/DYC集成系统是汽车主动安全控制系统的核心，在提高车辆的制动性、牵引性、操纵稳定性和极限行驶工况下的安全性能方面起到了显著的作用。本文研究了基于车轮滑动率调节提高车辆动力学性能的ABS/ASR/DYC集成系统控制方法。基于硬件在环仿真和实车道路试验研究并开发了ABS/ASR集成系统，研究了DYC的主控变量估算方法和智能控制算法及其与ABS/ASR系统的集成。研究工作对于推进底盘电子控制方法和技术的深入研究和广泛应用具有理论和实际意义。主要研究工作包括：1．建立了用于ABS/ASR/DYC控制系统离线仿真和硬件在环仿真的车辆系统动力学模型，主要包括整车模型、车轮模型、制动系模型、轮胎模型、发动机模型和传动系模型等。2．研究了ABS控制算法，提出了基于试验知识的自适应逻辑门限值控制策略。对ABS路面辨识和参考车速估算技术进行了探讨，提出了实用的路面辨识和参考车速算法。开发了ABS系统软硬件，并通过硬件在环仿真和实车道路试验标定控制参数和验证控制效果。3．研究了ASR控制算法，采用节气门开度控制和驱动轮制动干预相结合的控制方案。电子节气门开度控制采用设定值迁移的自调整PID算法，制动干预采用逻辑门限值算法。开发了ABS/ASR集成系统的ECU软硬件，针对ASR功能进行了硬件在环仿真和实车道路试验，标定控制参数和验证控制效果。4．搭建了基于实时仿真系统dSPACE的硬件在环仿真试验台，并基于该仿真平台开发ABS/ASR集成控制系统的控制逻辑和控制参数。试验台提供实际的液压制动系统和电子节气门等执行机构，将车辆模型和试验环境模型在dSPACE中实时运行。5．研究了基于软测量技术的车辆状态估算方法。利用自适应卡尔曼滤波算法，基于转向盘转角和车辆侧向加速度信息以建立估算模型估算车辆的横摆角速度和车辆侧偏角，与基于多组轮速的估算方法相结合，利用置信度对估算结果进行综合判定。估算结果即可在不引入比较昂贵的横摆角速度传感器和侧偏角难以测量的情况下引入改善车辆横向稳定性能的DYC控制，又可在安装横摆角速度的情况下提高系统的故障诊断能力和工作可靠性。6．研究了DYC控制算法及其与ABS/ASR的集成，探讨了DYC控制算法的结构。重点讨论了智能控制算法之一——具有智能积分作用的模糊PID控制算法在DYC控制中的应用，对比了普通PID控制、模糊控制与模糊PID控制的优劣。主要研究内容通过软件仿真、硬件在环仿真或实车道路试验进行了验证。研究表明：1．标定试验结果表明ABS系统基于道路试验知识的自适应逻辑门限值控制策略具有良好的防抱死控制效果。装备自主研发ABS系统的某型SUV汽车通过了中国汽车技术研究中心组织的ABS国家标准强制检测试验，并实现批量生产。2．基于最小二乘法建立的路面峰值附着系数和制动压力估算模型能有效地对这两个参数进行辨识，既可用来进行路面识别，又可用于故障诊断。3．提出的基于轮速和压力状态信息的ABS参考车速自适应算法，估算结果与实际车速偏差值较小，满足ABS控制的需要。4．试验结果表明：研究的基于设定值迁移自适应PID控制的节气门调节和基于逻辑门限值控制的驱动轮制动干预相结合的ASR控制策略行之有效，开发的集成控制系统ECU能够实现ASR控制功能。5．提出的DYC主控变量——横摆角速度估算方法能够较为准确的估算横摆角速度和车辆侧偏角，利用软件仿真验证了该算法的有效性。该方法有较高的应用价值。6．具有智能积分作用的模糊PID控制算法在DYC控制中有良好的应用前景。