【摘 要】
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行驶安全、驾乘舒适是汽车发展与创新的重要方向,如何实现操稳性、平顺性和侧倾稳定性的提升是这个两大方向的核心议题。作为底盘主动控制技术的关键组成部分,差动制动和主动悬架能够极大地改善车辆的稳定性和平顺性。然而,由于车辆动力学固有耦合特性的存在,二者不可避免地会出现相互影响及功能冲突,使得简单叠加的集成控制方式无法充分发挥子系统应有的性能,导致整车综合性能难以达到最优。因此,如何设计集成控制系统以满足
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行驶安全、驾乘舒适是汽车发展与创新的重要方向,如何实现操稳性、平顺性和侧倾稳定性的提升是这个两大方向的核心议题。作为底盘主动控制技术的关键组成部分,差动制动和主动悬架能够极大地改善车辆的稳定性和平顺性。然而,由于车辆动力学固有耦合特性的存在,二者不可避免地会出现相互影响及功能冲突,使得简单叠加的集成控制方式无法充分发挥子系统应有的性能,导致整车综合性能难以达到最优。因此,如何设计集成控制系统以满足综合提升车辆安全性和舒适性的需求成为研究的关键。针对这一关键问题,文章围绕差动制动控制、主动悬架控制以及二者的集成控制展开研究。具体内容包括:(1)根据机理建模的方法,建立了包含14自由度车辆模型与魔术轮胎模型的整车动力学模型,并应用Carsim进行对比实验,验证了所搭建的车辆模型的准确性,为后续研究提供可靠的模型基础。(2)对提高极限工况下车辆操稳性的控制方法进行研究。首先,运用模型预测控制算法框架设计差动制动控制器,以实现操稳性和制动力分配一体化控制。然后,结合障碍函数方法,基于计算的滑移率期望值实现滑移率的边界约束,并构建了包含期望值跟踪项与滑移约束惩罚项的目标函数。最终,利用仿真验证了该控制器能有效改善车辆在极限工况下的操稳性,并充分发挥轮胎的附着潜力。(3)研究基于主动悬架的平顺性与侧倾稳定性控制方法。首先,采用Backstepping设计了主动悬架控制器。然后,分析了不同工况对主动悬架的性能需求。在此基础上,设计了基于平顺性与侧倾稳定性控制模式的适时切换控制策略,并以侧翻静态稳定因子为依据建立切换函数。最后,进行仿真验证,结果表明该控制器能显著地提升车辆的减振与抗侧倾性能,并能实现各工况的实时精准控制。(4)对提升综合性能的差动制动与主动悬架的集成控制方法进行研究。首先,分析了二者对车辆动力学控制的相互影响,并通过引入稳定性控制的介入准则,为控制目标的选择提供依据。基于此,提出了差动制动与主动悬架的集成控制策略。然后,采用分层控制方法,建立了包括决策组织层和协调控制层在内的集成控制系统。最后,通过双移线实验和鱼钩实验验证了该系统的有效性。该集成控制系统在利用差动制动与主动悬架安全性和舒适性优势的基础上,通过分层控制,充分发挥了二者的功能潜力,为综合实现车辆的安全性及舒适性的提升提供了一种有效的方法。同时,该研究也符合未来汽车智能化、集成化的发展趋势,具有重要的研究价值和理论意义。
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