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【摘要】在二自由度車輛模型的基礎上設計了相應的車輛底盤集成控制器，并開放了以二次規劃法作為基礎的主動橫擺力矩優化分配計算法。本文簡單闡述了基于主動橫擺力矩優化分配的車輛底盤集成控制研究。
【關鍵詞】主動橫擺力矩優化分配；車輛底盤集成控制；研究；二次規劃法
隨著我國交通行業的發展，交通事故的增多，人們對于車輛的安全性要求更高更全面，汽車企業也不斷采集消費者的需求，不斷研究安全性能更好，安全度更高的新型車輛。以主動轉向或是主動制動作為基礎，研發的車輛主動安全控制系統比如電子穩定性控制，主動前輪轉向，直接橫擺力矩控制等等均獲得了研發人員的肯定，研究人員對于這些安全控制系統不斷深入研究，并通過實際裝車進行相應的試驗[1]。但是，經試驗裝車并試車后，卻發現這些安全控制系統其實還是存在很多缺點的，并不如研發人員一開始設想的那般完美。有研發人員（Rwza等人）[2]研究了主動前輪轉向/直接橫擺力矩控制的聯合控制方法，也提出以規則為基礎的集成控制方案，讓兩種控制器之間的相互作用變得最小化，從而優化汽車的整體性能。也有研發人員[3]通過先行反饋技術設計了具有主動制動，主動轉向執行器的車輛集成控制器。這種聯合控制方案充分的考慮到了執行器自身的特性，在獲取了制動控制器支持的前提下，充分的實現了轉向控制器的連續動作。但是這些研究多數是將反饋控制器或是頂層控制器設計作為重點，并沒有考慮到汽車轉向器與汽車輪胎等收到執行器約束的部件，沒有考慮到車輛處于極限狀態的時候，會受到執行器或是地面的限制，輪胎力會逐漸達到飽和狀態或是呈飽和狀態，容易出現爆胎現象。
1車輛動力學建模
1）控制器設計的參考模型：實際使用的控制器設計參考模型必須能夠真實的反映出系統實際進行操作時的特性，在設計控制器的參考模型的時候必須根據要求進行，保證越簡單越好，必須能夠一目了然。本文應用的控制器設計參考模型主要是選取線性二自由度半車輛模型，詳細見圖1。兩個方程式中的字母分別代表著不同的含義：m代表著整車的質量；vx代表著車輛的質心縱向速度；而β代表著的質心的側偏角速度；γ則代表著橫擺角的速度；其中Fyf代表著車輛前軸的側向力；Fyr則代表著車輛的后軸側向力；代表著車輛橫擺轉動的慣量；則代表著車輛質心到前軸的距離；則代表著車輛質心到后軸的距離。2）控制器的驗證模型：針對于所有裝備了主動控制與主動轉向的車輛，建立相應的患者十五自由度非線性控制器驗證模型：①簧載質量，自由度數6，運動類型有橫擺運動，垂直運動，縱向運動，側向運動，側傾運動，俯仰運動。②非簧載質量，自由度數4，運動類型是四個垂向運動。③車輛旋轉慣量，自由度數4，運動類型是四個旋轉運動。④前輪轉動慣量，自由度數1，運動類型是轉向輪轉向旋轉運動。
2底盤集成控制主環路控制器設計
1）車輛的狀態觀測器設計：車輛的狀態觀測器能夠根據車輛自帶的各種傳感器信息號從而監測并辨別駕駛員自己的意圖以及車輛目前的狀態，能夠為控制器控制并制定決策提供相應的車輛的各種運動狀態以及各種運動參數。而底盤集成控制系統車輛的所需要的車輛各種狀態參數有：車輪的垂直載荷，路面的附著系數，橫擺角的速度，車輛的質心側偏角度，車輛的縱向速度，車輛方向盤的轉角系數等等，這些車輛參數只有部分參數（車輛方向盤轉角，車輛橫擺角的速度）能夠直接利用傳感器獲取，而其他的參數則需要依照狀態觀測器獲取計算。2）主環路控制器的設計：主環路控制器的設計不需要考慮到車輛的輪胎側偏力非線性，也不需要考慮到汽車前軸與汽車后軸所遭受的側向力與汽車前后軸遭受的側向力與對應側偏角呈線性關系。
3主動橫擺力矩優化分配
按照車輛的動力學原理，所需要的車輛主動橫擺力矩方程式可以是Mz＝BuF。主動橫擺力矩方程式是利用主動轉向亦或是多目標車輛車輪鎖視角的主動制動從而獲取相應的理想主動橫擺力矩。本研究則是使用二次規則從而優化分配車輛的主動制動目標橫擺力矩。而優化分配則需要一定等式約束條件（Tz＝BuF）。不等式的約束條件則為輪胎摩擦圓的限制制動力可以執行的區域以及主動轉向系統的最大動轉向角。本文在最后的時候是使用積極集法從而解決主動制動目標的橫擺力矩優化分配問題，并得到最好的主動橫擺力矩的分配方法。最后通過分配的力矩與得到的側向力利用輪胎的逆模型出從而轉化為目標的側偏角與目標的滑移率，讓目標執行器轉化成車輪制動力與主動轉向角。
4仿真驗證
仿真驗證主要是用來驗證主動橫擺力矩分配好的算法以及相應的底盤集成控制系統性能，使用的是15自由度的非線性車輛動力學模型，在單移線與階躍轉向兩種比較典型的工況環境下實施離線仿真驗證。能夠發現的是，使用底盤集成控制之后，兩個典型工況環境下，車輛都能夠很好的跟蹤所謂的橫擺角速度名義值，并且能夠最大程度的控制質心側偏角，能夠讓車輛更好操作更穩定。
5結束語
本文簡單闡述了基于主動橫擺力矩優化分配的車輛底盤集成控制研究，并得出結果，該系統的控制效果良好，能夠提高車輛操作穩定效果，值得應用。
參考文獻
[1]李靜,張家旭.基于魯棒L2-L∞/H∞的車輛底盤集成控制[J].吉林大學學報(工學版),2016,46(6):1757-1764.
[2]趙健,郭俐彤,朱冰等.基于底盤集成控制的輕型汽車防側翻控制[J].汽車工程,2014,36(3):334.
[3]陳國迎,鄭宏宇.分布式全線控電動汽車的底盤集成控制[J].華南理工大學學報(自然科學版),2015,43(11):87-95.
作者:徐良 單位:四川輕化工大學
