路面附着状态在线识别及微型客车防侧翻控制算法研究

Minibus rollover stability and related anti-rollover control algorithm are studied in this research, based on the model reference adaptive control, using Lyapunov stability theory..Based on the LuGre tire dynamic friction model, a new introduced method for tire road real-time identification is reformed when the minibus is steering, by analyzing on the instantaneous characteristic of the tire force and road friction, then the moving state of bus during steering can be estimated online..An ideal anti-rollover model of minibus is established during steering, and the wheel off-ground and the tire slip rate are proposed as the anti-rollover state index. Using of the vehicle sensor signals, the vehicle mass location is estimated, the turning type is distinguished and the trigger and termination conditions corresponding to the active anti-roll control is studied. Then a model adaptive control algorithm of anti-rollover is developed based on Lyapunov stability theory. The aforementioned algorithm can be used to calculate the braking force and apply the braking force on the corresponding wheels using the executive components. .Under the Matlab/Simulink environment, an offline simulation platform for anti-rollover control is built, the minibus road tests are proposed too, to verify the effectiveness of the anti-rollover control algorithms in different road conditions.

本项目基于模型参考自适应控制系统，针对目前城郊及农村地区校车应用较多的微型客车，进行车辆转弯过程中的防侧翻稳定性研究。.首先基于LuGre集中动态摩擦模型的工作原理，建立LuGre动态轮胎模型及路面状态观测器，实时捕捉车辆轮胎力与路面附着系数之间的瞬态特性，以此进行路面附着状态实时估计算法的研究，以实现车辆转向过程中车辆运动状态的实时监测，为车辆主动安全控制技术提供技术支持。.然后建立转弯过程中微型客车理想侧翻模型，设置车轮离地高度、车轮滑移率等侧翻状态指标。利用现有车辆传感器信号对影响车辆侧翻特性的车辆质心位置进行估算，对车辆的转弯类类别进行判别，研究主动防侧翻控制的触发与终止条件，进而基于李雅普诺夫函数稳定性理论，提出微型客车防侧翻稳定性控制算法，对车辆各车轮施加不同的制动压力来实现对车辆的主动防侧翻控制。.最后进行车辆虚拟仿真试验及道路试验，对控制算法进行验证。

近年来随着我国交通运输业的迅猛发展，汽车侧翻引起的重大事故也在不断增加，造成了严重的人员伤亡和巨大的经济损失。汽车侧翻已经成为了全世界瞩目的安全问题。因此，对汽车的侧翻问题进行分析研究，提高汽车的抗侧翻能力，减少侧翻事故的发生，已逐渐成为世界汽车研究的焦点。.微型客车具有较高的质心高度以及相对较小的悬架刚度，因此在转向时容易产生较大的车身侧倾角以及侧向载荷转移。当汽车在高附着路面上紧急变换车道或紧急避障时就会产生很大的侧向加速度以及侧倾角，从而引起很大的侧向载荷转移，当侧向加速度和车身侧倾角的大小超过轮胎侧向载荷转移所能补偿的极限时即当内侧车轮的垂直载荷为零时，侧翻就很有可能发生。目前对大客车及乘用车抗侧翻稳定性研究相对成熟，但对于微型客车的抗侧翻稳定性研究，则相对较少。鉴于目前城市及城郊地区大部分校车仍采用微型客车，有必要进行微型客车抗侧翻稳定研究。.本项目旨在针对微型客车的防侧翻稳定性进行研究。一方面根据目前车辆上安装的轮速传感器、横摆角速度及加速度传感器所测量的车辆运动状态，设计状态观测器，借助LuGre动态轮胎模型的传递，来进行路面附着状态的在线识别，为车辆主动安全性控制系统提供技术支持。另一方面，通过车辆所加装传感器及电磁阀，实现对车辆侧翻状态的实时监测和防侧翻稳定性控制。.通过本项目研究，得到以下几方面研究结果：.（1）利用CarSim软件完成某微型客车整车参数建模。依据某型微型客车主要技术参数，建立转向、制动、悬架等系统及轮胎等子系统模型及整车模型。详细分析了影响汽车侧翻的几个重要因素，在此基础上提出微型客车防侧翻控制策略。.（2）采用差动制动的控制策略，选取前外轮轮缸压力为控制对象，以车辆行驶过程中的横向载荷转移率为依据。基于侧向加速度的反馈，分别基于经典控制理论及现代控制理论，采用最优控制、PID以及模糊控制方法，建立防侧翻控制器，用于车辆防侧翻控制。为了验证本文所设计的控制器的有效性，利用CarSim软件和MATLAB/Simulink软件，建立了联合仿真模型，实施微型客车防侧翻控制联合仿真。.（3）依据相关试验标准，选取鱼钩试验工况、双移线工况和J-Turn试验工况，针对车辆行驶过程中车身侧倾角、横向载荷转移率和侧向加速度等姿态变化，对控制策略进行研究。结果表明本项目设计的控制系统可以有效提高车辆的侧翻稳定性，且控制效果良好。