D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.01.029 第27卷第4期 北京科技大学学报 Vol.27 No.4 2005年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2005 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 晏蔚光”毋茂盛2余达太”李果” 1)北京科技大学信息工程学院，北京1000832)河南师范大学计算机系，新乡453002 摘要提出一种结合横摆力矩控制和主动前轮转向控制的提高紧急制动侧偏稳定性的控 制方法，控制器采用前馈-反馈复合控制，通过最优控制算法求解反馈控制参数，并对稳定性 控制参数和制动力参数进行优化，以缩短制动距离，仿真对比实验证实这种方法在提高制动 稳定性和缩短制动距离方面都有良好的效果， 关键词横摆力矩控制：主动前轮转向：侧偏稳定性：最优控制 分类号TP273;U463.5 汽车制动性能的评价指标包括制动距离和 用优化方法对稳定性控制参数和制动力参数进 制动稳定性等几方面.汽车防抱制动系统(ABS) 行优化，以缩短制动距离，该控制方法增强了 的出现和使用在很大程度上提高了汽车的制动 DYC和4WS对车辆变速运动的适应性，提高了 性能，在一定程度上缩短了制动距离、提高了制 制动综合控制性能 动稳定性.然而，由于ABS控制算法中仅考忠车 轮在其回转面内的滑移情况，没有考虑车轮的侧 1汽车运动模型 滑：同时，尽管多通道ABS控制算法也考虑了汽 忽略空气阻力、滚动阻力、转向系统和悬架 车在对开路面、棋格路面等复杂路况下的制动稳 定性，但是由于AB$控制算法从汽车动力学原理 系统的影响，考虑汽车在水平面内的运动，建立 上没有提出控制汽车侧滑的控制策略，因此并不 汽车的四轮模型，如图1所示，车辆制动时，轮胎 能根本解决汽车制动的侧滑问题. 载荷的变化会降低后轮转向的控制性能，本文采 近年来，在汽车操纵动力学方面提出了多种 用主动前轮转向控制，以提高后轮的制动稳定 性.建立汽车制动的动力学方程如下： 通过制动力矩、车轮转角提高操纵稳定性的方 法，如直接横摆力矩控制(DYC)、四轮转向控制 m(位-y,-E-(E+F)d (1) (4WS)、汽车动力学控制(VDC)等.这些控制方法 m(,+yy=∑F+Fd (2) 基本都是在车辆恒速、变转向角条件下研究运动 I-(F+F+F6l,-(F+F)儿，+M (3) 稳定性问题，对于变车速制动情况很少考虑.如 果将DYC控制和4WS控制直接应用于制动控 制，由于车速降低导致系统状态变化，会使控制 性能恶化，导致制动距离延长或丧失制动稳定 性. 本文提出一种将横摆力矩控制和主动前轮 转向(AFS)控制结合起来的制动稳定控制方法， 在控制结构上采用前馈-反馈复合控制.同时，采 收稿日期：200404-08修回日期：200405-25 基金项目：河南省科技攻关资助项目No.001140118) 图1车辆横摆运动模型 作者简介：晏蔚光(1974一），男，博士研究生 Fig.1 Vehicle movement model第 卷 第 期 二七 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 恤 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 晏蔚光 ” 毋 茂盛 ’， 余 达 太 ” 李 果 ” 北 京 科技大 学 信息 工 程 学 院 ， 北 京 河 南 师 范 大 学计 算机系 ， 新 乡 摘 要 提 出 一 种 结合横 摆 力矩 控 制和 主 动 前 轮 转 向控 制 的提 高紧 急制 动 侧 偏 稳 定 性 的控 制 方 法 控 制 器采用 前馈一 反馈 复合 控制 ， 通 过 最优 控 制 算法 求解 反馈控 制参 数 ， 并对 稳 定 性 控 制 参 数和 制 动 力参 数进行 优化 ， 以缩 短制 动距 离 仿真对 比 实验 证 实这 种 方法在提 高制 动 稳 定 性和 缩 短 制 动 距 离方 面 都有 良好 的效果 关 键 词 横 摆 力矩控 制 主 动 前轮 转 向 侧 偏 稳 定 性 最优 控制 分 类 号 仰 汽 车 制 动 性 能 的评 价 指 标 包 括 制 动 距 离 和 制 动 稳 定性 等几 方 面 汽 车 防抱 制 动 系 统 的 出现 和 使 用 在 很 大 程 度 上 提 高 了汽 车 的制 动 性 能 ， 在 一 定 程 度 上 缩 短 了制 动 距 离 、 提 高 了制 动 稳 定 性 然 而 ， 由于 控 制 算 法 中仅 考 虑 车 轮 在 其 回转 面 内的滑 移情 况 ， 没 有 考 虑 车 轮 的侧 滑 同 时 ， 尽 管 多通 道 控 制 算 法 也 考 虑 了汽 车 在 对 开 路 面 、 棋格路 面 等 复杂路 况 下 的制 动 稳 定性 ， 但 是 由于 控 制 算法 从汽 车动 力学 原理 上 没有 提 出控 制 汽 车侧 滑 的控 制策 略 ， 因此 并不 能根 本 解 决 汽 车 制 动 的侧 滑 问题 近 年 来 ， 在 汽 车 操 纵 动 力 学 方 面提 出 了多种 通 过 制 动 力 矩 、 车 轮 转 角 提 高操 纵 稳 定 性 的方 法 ， 如 直 接 横 摆 力矩 控 制 、 四轮 转 向控 制 、 汽 车 动 力 学 控 制 等 这 些 控 制 方 法 基 本 都 是在 车辆恒 速 、 变 转 向角条 件 下研 究运 动 稳 定 性 问题 ， 对 于 变 车 速 制 动 情 况 很 少 考 虑 如 果 将 控 制 和 控 制 直 接 应 用 于 制 动 控 制 ， 由于 车速 降低 导 致 系 统 状 态 变 化 ， 会 使 控 制 性 能 恶 化 ， 导 致 制 动 距 离 延 长 或 丧 失制 动 稳 定 性 本 文 提 出 一 种 将 横 摆 力 矩 控 制 和 主 动 前 轮 转 ’ 向 人 控 制 结 合 起 来 的制 动 稳 定 控 制 方 法 ， 在控 制 结构 上采 用 前馈一 反馈 复合控 制 同时 ， 采 收 稿 日期 修 回 日期 一 基 金 项 目 河 南省 科技 攻 关 资助 项 目 作 者 简介 晏 蔚 光 一 ， 男 ， 博 士 研 究生 用 优 化 方 法 对 稳 定性 控 制 参 数 和 制 动 力 参 数 进 行 优 化 ， 以缩 短 制 动 距 离 ， 该 控 制 方 法 增 强 了 和 对 车辆 变速 运 动 的适 应 性 ， 提 高 了 制 动 综 合 控 制 性 能 汽 车运 动 模 型 忽 略 空气 阻 力 、 滚 动 阻 力 、 转 向系 统 和 悬 架 系 统 的影 响 ， 考 虑 汽 车 在 水 平 面 内的运 动 ， 建 立 汽 车 的 四轮 模 型 ， 如 图 所 示 车辆 制 动 时 ， 轮胎 载 荷 的变 化 会 降低 后 轮 转 向的控 制 性 能 ， 本文 采 用 主 动 前 轮 转 向控 制 ， 以提 高 后 轮 的制 动 稳 定 性 建 立 汽 车 制 动 的动 力 学 方 程 如 下 一 、、、‘口 动 一蓦凡 一 帆 氏 夕 艺凡十只 咨 了阵帆 七只 、 只 寿一 帆 十只 、 十人了 办， 份 几 ， 刀一 图 车辆横摆 运 动 模型 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．04．029