基于侧向非平稳约束动力学系统的车辆附着极限态稳定性控制研究

附着极限态车辆子系统间以及轮胎路面间作用和运动关系等耦合机理与非附着极限态存在较大差异，易出现失稳失控状态，建立侧向非平稳约束动力学系统，进行车辆附着极限态稳定性控制方法和关键技术研究。①根据研究需要，分别建立独立车辆和侧向非平稳约束车辆非线性动力学模型；②对车辆运动状态和附着状态进行实时估计，建立车辆稳定性和安全性区域边界条件，综合驾驶员决策的稳定性目标和路面附着决定的安全性目标，寻找达到边界的最优路径，动态确定最优控制目标；③采用集成控制方式，协调各控制执行系统功能，充分利用各轮路面附着条件，控制各轮作用力实现控制目标，建立车辆附着极限态稳定性控制系统模型；④研究侧向非平稳约束车辆系统到独立车辆系统输出状态空间映射算法，建立基于侧向非平稳约束动力学系统的车辆稳定性控制研究系统；⑤采用理论分析、系统建模、仿真计算和实车试验相结合的研究方法，达到显著提高车辆附着极限态稳定性控制性能的目标。

附着极限态车辆各子系统间作用和运动关系等耦合机理与非附着极限态存在较大差异，易出现危险运动状态，建立侧向非平稳约束车辆动力学系统，进行车辆附着极限态稳定性控制方法和关键技术研究。该项目主要研究成果包括：①分别建立独立车辆和侧向非平稳约束车辆稳定性试验系统附着极限态非线性动力学模型；②对车辆运动状态和附着状态进行实时估计，采用双扩展卡尔曼滤波（EKF）进行线性状态下车辆质心参数的识别、线性状态下轮胎侧偏刚度的识别、非线性状态下车辆质心参数的识别、非线性状态下路面附着系数的识别，建立了附着极限态车辆稳定性控制状态观测器，确定车辆非附着极限态区域和附着极限态区域边界；③综合驾驶员决策的稳定性目标和路面附着条件决定的安全性目标，实时确定车辆非附着极限态区域边界和附着极限态区域边界，以及车辆稳定性动态控制目标；④基于直接制动输入和模糊补偿算法分别建立了以横摆角速度和车辆质心侧偏角为目标的独立ESP控制器，根据车辆运动状态和附着条件，两控制器动态集成实现非附着极限态和附着极限态统一的车辆稳定性控制策略；⑤实现本项目研究目标的基础上进一步研究，提出主动附着极限态车辆稳定性控制创新控制思想，采用主动滑动控制策略，扩大了车辆稳定性安全控制区域，突破附着极限态车辆稳定性控制瓶颈；⑥车辆稳定性控制系统执行层采用制动驱动集成控制方式，协调各控制执行系统功能，充分利用各轮路面附着条件，控制各轮制动驱动作用力实现决策层控制目标，建立了车辆附着极限态稳定性控制软硬件系统；⑦建立了侧向非平稳约束车辆稳定性试验系统并进行试验验证，研制出侧向非平稳约束车辆稳定性试验系统，作为车辆稳定性及其控制研究的新型仪器装备，安全可靠。采用理论分析、系统建模、仿真计算和实车试验相结合的研究方法，达到显著提高车辆附着极限态稳定性控制性能的研究目标。