Vol.27 No.4 晏蔚光等：一种基于横摆力矩和主动前轮转向控制的制动稳定性控制方法 507· 数，考虑速度变化可以忽略的短时间范围内，该 况：有转向输入的情况下的紧急制动：由单一路 项可以视为常值，则上述最优控制问题转化为求 面跃变到对开路面的紧急制动，车辆模型参数 解下面极小值问题 为：m=1490kg,-2350kgm,w=1.52m,l-0.98m, 1,=1.59m,h=0.52m,C=74.8 kN.rad-',C,=85.06 kN.rad-. 41转向输入下的紧急制动 前轮侧偏 F, 参数 饱和模型 △6r 车辆以初速度54kmh'制动，路面附着系数 优化 车辆 ABS模型 控制器 为0.4，在0.5s后由方向盘向前轮输入转向角，其 模型 △m △ 函数曲线如图3(a)所示.图3(b)和(c)分别为车辆 前馈 控制器 M+ M、 质心侧偏角、横摆角速度仿真曲线.采用横摆力 △dM+ 矩和四轮转向复合控制的制动距离为55327m, 反馈 控制器 对控制参数优化后，制动距离为54.518m. 由参考模型状态方程可知，系统稳态时， 参考 Civ,+l) 模型 -ClAlrL,)+ml.v. (27) 两侧对y,求导，得： 图2车辆制动稳定性优化控制框图 Fig.2 Schematic of the optimum control of braking-stabitity d史-KK-ml dv,(Kl+mlrv) (28) me三R-(B,+Ra+] (21) 其中，K=C(l+l,). 系统存在下列约束条件： 由式28)可知，当纵向速度在0≤w<流范围 -4F≤F≤0 (22) 内时，y随的增大面增大：当以≥点时，？随的 Fa-2(1)mgh-mi.h-2Exhl 1 增大而减小.图3（©）参考模型仿真曲线即验证了 Fa-2UI)mgl-mv.h2E:h 10 这一点. 其中， 0.12 F-20L)mglrmi.h-2E,h 1 日0.08 云0.04 F.-2(Lomgl-my.h2F,hh 1 (a)转向角输入曲线 0 3 4 5 F.-m2-mv.(p. t/s 当侧偏角的幅值大于某一数值时，侧偏力会 0.02 复合控制模型曲线 出现饱和.在控制器设计中，当前轮侧偏力要求 是0.02 理想模型曲线 大于轮胎侧偏饱和值时，要求控制前轮侧偏角保 0.06 无控制模型曲线 持在饱和点对应的数值.即： (b)质心侧偏角曲线 0.10 0 2 3 4 5 一am≤a,≤Cms (23) tis am-min(la,l,la,) (24) 由式(9)得到 0.8⊙质心横摆角速度曲线 0.6 无控彻棋型曲线 复合控制模型线 a=-ig.2,l2 (25) 0.4 0.2 由式(10)，(21)(25)联立，得到 理想模型由线 0 BL-i-d5Ar≤B+L-d+am 0 2 3 4 26) tis 上述问题为约束优化设计问题.式(21)为目标函 图3转向输入响应仿真曲线 数，式(16)，(22)，(26)为约束条件，由于存在等式 Fig.3 Simulated curves of the response with steer input 和不等式约束，采用混合惩罚函数法求解. 4.2对开路面跃变下的紧急制动 4制动性能仿真实验 车辆以初速度54kmh'制动，路面附着系数 为0.4，在0.5s后跃变到对开路面，左侧路面附着 为了检验控制系统性能，讨论以下两种情 系数为0.4，右侧路面附着系数为0.3.图4为路面晏蔚 光 等 一 种 基 于 横 摆 力矩 和 主 动 前轮 转 向控 制 的制动 稳 定性控 制方 法 一 数 ， 考 虑速 度 变 化 可 以忽 略 的短 时 间范 围 内 ， 该 项 可 以视 为 常值 ， 则 上 述 最 优 控 制 问题 转 化 为求 解 下 面 极 小值 问题 况 有 转 向输 入 的情 况 下 的紧 急制 动 由单 一 路 面 跃 变 到 对 开 路 面 的紧 急 制 动 车 辆 模 型 参 数 为 ， 介 · ，， ， “ ， ， ， 一 ’ ， · 一 ’ 转 向输 入 下 的 紧 急 制 动 车 辆 以初 速 度 一 ’ 制 动 ， 路 面 附着 系 数 为 ， 在 后 由方 向盘 向前 轮 输 入 转 向角 ， 其 函 数 曲线如 图 所 示 图 和 分 别 为车辆 质 心 侧 偏 角 、 横 摆 角速 度 仿 真 曲线 采 用 横 摆 力 矩 和 四轮 转 向复 合 控 制 的制 动 距 离 为 ， 对 控 制 参 数 优 化 后 ， 制 动 距 离 为 由参 考 模 型 状 态 方 程 可 知 ， 系 统 稳 态 时 ， ， 月、、尹产‘， ‘，、了 ‘ 饱前和轮模侧型偏 凡 参数 ’ 优化 控制器 车辆 口日 古昔 刑 么氏 认 … 反馈 控制器 ‘ 。 爹右 模型 寿十 讨 两侧 对 求 导 ， 得 图 车辆制动稳 定 性 优 化控制框图 肠 立认 侧尤一 讨 刀 亚十 城 其 中 ，犬二 ， 由式 ‘ ，可 知 ， 当 纵 向速 度 在 ‘ 愉 范 围 二 、 ， 、 ， ， ‘ 、 内时 ， 少随 的增 大 而 增 大 当认之 前时 ， 夕随认 的 增 大 而 减 小 图 参 考 模 型 仿 真 曲线 即验 证 了 这 一 点 、少 、 ，‘了、 ，且产、 止 全凡 一 刀不 。 一 ， 命。引」 系 统 存 在 下 列 约 束 条 件 一召式“ 凡 ‘ 其 中 ， 凡命翔闷一 一 二几 粤 尚 、 一 十 凡 黔 塌翔 、 、 ” 一 黔 命与陋 共黔 谊 叱 转 向角输入 曲线 。 一 车 、 少 尸 ，妇 八︸ ︵ ︻习，﹄︶、卜 当侧 偏 角 的幅值 大 于 某 一 数 值 时 ， 侧 偏 力 会 出现 饱 和 在 控 制 器 设 计 中 ， 当前 轮 侧 偏 力 要 求 大 于轮胎侧 偏 饱 和 值 时 ， 要 求 控 制 前轮侧 偏 角保 持 在 饱 和 点对 应 的数 值 即 一 氏 。 ‘ ‘ 二 二 ， 由式 得 到 复合控制模型 曲线 琶一 气 一 一 丫 一 一 一 理想模型 曲线 制模型 曲线 伪 质心侧偏角 曲线 厢而瓦藕痛蔽面厩 产、 勺︸ 丈︸ 、产‘ 了‘ 。 一 帆 ‘ 婚 ， 间 ， 由式 ， 卜 联 立 ， 得 到 无 骂共嘉哭 畔 一‘ 一 。 ‘ △氏‘ 产冬 一 “ ， 上 述 问题 为 约 束优 化 设 计 问题 式 为 目标 函 数 ， 式 ， ， 为 约 束 条 件 ， 由于 存 在 等 式 和 不 等 式 约 束 ， 采 用 混 合 惩 罚 函 数 法 求 解 图 转 向输入 响 应 仿真 曲线 四 初 制 动 性 能仿 真 实 验 为 了检 验 控 制 系 统 性 能 ， 讨 论 以 下 两 种 情 对 开路 面跃 变 下 的紧 急 制 动 车 辆 以初 速 度 一 ’制 动 ， 路 面 附着系数 为 ， 在 后 跃 变 到对 开 路 面 ， 左 侧 路 面 附着 系数 为 ， 右 侧 路 面 附着 系 数 为 图 为路 面