基于驱动力矩和转向角分岔的汽车驾驶稳定区域研究

The dynamic nature and the integrated dynamics control criterion under the instable driving and steering condition still lacks the complete theory research. Moreover, the related research about the driving stability region defined by drive torque and the steering angle has not been published. The driving and steering stability analysis model would be founded.The driving and steering coupled effect on equilibrium point , bifurcation and chaos characteristics would be analysed by nonlinear method.The vehicle stability region could be calculated by equilibrium point solution based on hybridization of Genetic Algorithm and nonlinear programming method. The control structure of 'feedforward + feedback' according to the stability region would be designed. From the above, the driving and steering coupled bifurcation dynamics mechanism would be revealed. The method for determining the vehicle driving stability region would be proposed. The new control structure would be put forward to expand the stability region and state stable region. The dynamics fundamental of the vehicle handling stability integrated control and safety assistant driving system design would be presented.

汽车在驱动和转向联合工况下失稳的动力学本质特征问题以及集成控制的动力学判据问题，仍缺乏完整的理论研究，尤其缺乏对驱动力矩和转向角定义的汽车驾驶稳定区域的相关研究。 本项目根据车身及轮胎力学特性在纵向、侧向、横摆、俯仰和侧倾中的内在联系，建立汽车驱动转向稳定性分析模型；利用非线性方法分析驱动和转向耦合作用下的平衡点、分岔和混沌特征；利用遗传算法和非线性规划方法进行组合优化，求解耦合分岔点，确定汽车驾驶稳定区域；并以汽车驾驶稳定区域为基础，提出驱动和转向控制系统的"前馈+反馈"控制结构。 本项目将揭示汽车驱动和转向耦合分岔的动力学机理，提出汽车驾驶稳定区域的确定方法，设计新型控制结构，扩大汽车驾驶稳定区域和状态稳定区域，为汽车操纵稳定性集成控制和安全辅助驾驶系统设计提供动力学依据。

汽车操纵稳定性是保证汽车行驶安全的重要性能，通过集成控制提高汽车操纵稳定性是当下的学术和工程研究热点。本课题运用非线性动力学分析方法研究车辆在驱动和转向联合工况下的动力学本质及稳定性控制策略问题。.本项目针对研究问题，建立了包含驱动力矩的五自由度平面运动模型，建立了以纵向速度、侧向速度、横摆角速度和前后车轮的旋转角速度为状态变量的五自由度方程，并基于Matlab/Simulink进行了仿真验证，同时基于ARM Cortex-M4内核的模型车进行实车试验，验证了五自由度模型的有效性；利用遗传算法和拟牛顿法相结合的混合算法求解了五自由度系统的平衡点，确定了汽车驾驶稳定区域；并以汽车驾驶稳定区域为基础，提出了驱动和转向控制系统的“前馈+反馈”控制结构；基于五自由度车辆模型分别进行了驱动工况和发动机制动工况下的车队稳定时距预测，得到了前车与跟随车初始车速差与固定时距之间的对应关系；基于微分平坦理论研究车辆的集成控制，分析了车辆在不同线形的道路上行驶或行驶速度不同时控制器的期望输入和介入强度问题。同时开展了半挂车操纵稳定性研究，建立了双半挂汽车列车的运动学模型，基于Matlab/Simulink验证了模型的正确性；提出了一种基于Ｋ均值聚类分析的车辆横向稳定性判别方法，通过建立包括主动力矩控制的双挂汽车列车模型提高了双挂汽车列车横向稳定性及行驶安全性。.本项目为汽车驱动和转向联合工况下转向稳定性分析和控制策略研究提供了系统和完整的非线性动力学分析方法和理论依据。