绊倒型汽车侧翻动态稳定性的机理及控制方法研究

Vehicle rollover, as a kind of casualties’ traffic accident, has become a research focus in the field of vehicle dynamics and control in recent years. However, research on dynamics and control of vehicle in tripped rollover is still struggling on the way. This project tries to explore the mechanism of dynamic stability of vehicle rollover in tripped rollover conditions, and propose a multi performances coordination control strategy for vehicle rollover prevention. To simulate the actual operation of vehicle, a multi degrees of freedom nonlinear vehicle rollover model will be established. The parameters of vehicle rollover model will be identified using different methods on their features. Then, a dynamic stability factor of vehicle in tripped rollover will be calculated from the nonlinear dynamics theories. Also, the influence law of vehicle rollover dynamics on model parameters and road parameters will be discussed. Furthermore, from the requirements of steering angle and braking distribution, the control strategy of vehicle rollover prevention will be researched by coordinating multi performances, such as rollover stability, yaw stability and riding comfort, and validated by the hardware in the loop experiments. .The project is expected to make important contribution to study on vehicle rollover dynamics and control. It will provide innovation methods of modeling and control for vehicle rollover. Besides, it is designed to achieve some innovative results in tripped rollover dynamics and rollover avoidance. The results can provide scientific basis to improve anti rollover ability of vehicle.

汽车侧翻事故伤亡惨重，逐渐成为车辆动力学与控制领域研究热点，然而绊倒型汽车侧翻运动规律复杂、难以评价，已成为减少汽车侧翻事故研究的瓶颈。本项目针对常见多发的绊倒型汽车侧翻工况，探究绊倒型汽车侧翻动态稳定性的机理，寻求这些工况下协调汽车侧翻稳定性、横摆稳定性及舒适性的防侧翻控制方法。研究内容包括：建立多自由度运动耦合的非线性汽车侧翻模型，按特征提取模型参数进行辨识；应用非线性动力学理论求汽车侧翻动态稳定因子的理论解，分析汽车参数及路面信息参数对汽车侧翻动态稳定性的影响规律；解析汽车侧翻稳定性、横摆稳定性及舒适性对前轮转角及制动力分配的要求，研究多性能协同的防侧翻控制策略，并进行硬件在环实验验证。.项目预期将为汽车侧翻动力学建模及控制提供创新方法，开辟新的研究思路，在绊倒型汽车侧翻动态稳定性规律及防侧翻控制策略研究取得创新性成果。项目研究成果可为改善汽车防侧翻能力的设计及主动控制提供科学依据。

绊倒型汽车侧翻运动规律复杂、难以评价，已成为减少汽车侧翻事故研究的瓶颈。本项目针对两类易于发生绊倒型侧翻的车型，探究绊倒型汽车侧翻动态稳定性的机理。. 研究内容包括：（1）建立十四自由度运动耦合的SUV绊倒型侧翻动力学模型，考虑车身俯仰和路面激励时侧倾中心高度变化，对侧倾中心高度进行辨识；应用非线性动力学理论求SUV侧翻动态稳定因子的理论解，分析汽车参数及路面信息参数对SUV绊倒型侧翻动态稳定性的影响规律。（2）考虑重型车非簧载质量的侧倾，前后簧载质量侧倾的相互耦合，及外界路面输入的影响，建立十自由度重型车侧翻动力学模型，对侧倾刚度和车身扭转刚度进行辨识；理论推导重型车绊倒型侧翻动态指标，获得重要参数对重型车绊倒型侧翻稳定性的影响规律。（3）解析汽车侧翻稳定性、横摆稳定性及舒适性对前轮转角及制动力分配的要求，协同汽车侧翻稳定性、横摆稳定性及平顺性，分别设计主动转向滑模控制器、电控液压制动滑模控制器、主动防倾杆PID控制器，及集成主动转向、差动制动和主动防倾杆的分层防侧翻控制策略，并研制硬件在环试验平台进行汽车防侧翻控制性能实验。（4）协同汽车横摆和侧翻稳定性能，提出集成主动前轮转向与后轮差动制动的防侧翻模型预测控制控制策略，通过遗传算法对MPC输出转向角和制动力的权重进行离线优化，降低重型车侧翻风险同时保持驾驶员的行驶意图。（5）考虑SUV轻量化和平顺性要求，进行SUV绊倒型侧翻耐撞性多目标混合粒子群优化，提出结合人工免疫的多目标混合粒子群优化算法应用于材料-结构一体化设计优化模型，提高SUV侧翻耐撞性同时减轻车身重量，改善了平顺性。. 项目为汽车侧翻动力学建模及控制提供了创新方法，开辟新的研究思路，获得了绊倒型汽车侧翻动态稳定性规律，提出了绊倒型汽车主动防侧翻控制策略和改善汽车抗绊倒型侧翻能力的结构优化设计方法。项目研究成果为改善汽车防侧翻能力的设计及主动控制提供了科学依据。