李亮--汽车动力学稳定性控制研究进展课件.ppt

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1、汽车非线性动力学与稳定性控制汽车非线性动力学与稳定性控制汽车动力学与控制课题组汽车动力学与控制课题组20132013年年4 4月月1919日日汽车动力学稳定性控制技术进展汽车动力学稳定性控制技术进展提纲提纲汽车瞬态非线性动力学建模二二失稳过程测量与预判三三动力学稳定性控制算法四四研究背景一一小结五五2国际技术发展趋势3一、研究背景我国技术与行业现状我国技术与行业现状交通安全形势严峻，交通事故伤亡 10万人/年；自主开发汽车安全等级较低；主动安全系统严重依赖国外技术与产品；关键零部件技术自主发展缓慢！一、研究背景uESP是汽车动力学与控制领域最核心技术代表，其系统构成最早由Van Zentan等

2、提出。目前被德国Bosch、美国TRW等少数企业垄断。u采用ESP成为解决汽车稳定性控制、提高主动安全的首要技术手段。据统计采用ESP能将交通事故伤亡率降低30%以上。u美国、欧盟自2012年期实施法规，强制安装ESP。4ESP系统构成ESP工作原理ESPESP：汽车动力学稳定性控制系统：汽车动力学稳定性控制系统ABSABS：汽车制动防抱死系统：汽车制动防抱死系统TCSTCS：牵引力控制系统：牵引力控制系统AYCAYC：主动横摆力偶矩控制系统：主动横摆力偶矩控制系统我国ESP技术缺失，自主品牌出口欧盟因ESP技术缺失无法满足新的安全法规要求。“华晨再遭欧洲碰撞门华晨再遭欧洲碰撞门 ，骏，骏捷缺

3、少捷缺少ESPESP被判零星被判零星”中国汽车报中国汽车报，2009.4.32009.4.3课题组ABS关键技术，曾获中国汽车工业科技进步一等奖（2005）突破ESP关键动力学与控制核心技术成为我们近年来的攻关重点。6一、研究背景研究体系研究体系3三个关键问题：三个关键问题：1）非非线线性性瞬瞬态态动动力学定量分析力学定量分析2）失失稳稳过过程程测测量量与预判与预判3）稳稳定定性性控控制制算算法法三个关键问题：三个关键问题：1）非线性瞬态动力学定量分析）非线性瞬态动力学定量分析2）失稳过程测量与预判）失稳过程测量与预判3）稳定性控制算法）稳定性控制算法7批准号批准号负责人负责人项目名称项目名称

4、经费经费宋健教授宋健教授基金面上项目：基于驾驶员驾驶意图识基金面上项目：基于驾驶员驾驶意图识别的汽车动力学稳定性控制方法别的汽车动力学稳定性控制方法2525万万李亮李亮青年基金项目：失稳临界区域汽车动力青年基金项目：失稳临界区域汽车动力学状态实时观测与稳定性控制方法研究学状态实时观测与稳定性控制方法研究2020万万李亮李亮基金面上项目：汽车失稳临界区域非线基金面上项目：汽车失稳临界区域非线性瞬态动力学定量描述理论和模型预测性瞬态动力学定量描述理论和模型预测控制方法研究控制方法研究8484万万李亮李亮优秀青年基金：汽车三维空间稳定性机优秀青年基金：汽车三维空间稳定性机理与多安全系统协同理与多安全

5、系统协同100100万万0404专项专项李亮李亮ESPESP全工况性能模拟测试试验台研制全工况性能模拟测试试验台研制620620万万基金支持基金支持4一、研究背景汇报内容汇报内容汽车瞬态非线性动力学定量分析二二失稳过程测量与预判三三动力学稳定性控制方法四四研究背景一一小结五五8二、汽车瞬态非线性动力学定量分析面向控制动力学建模面向控制动力学建模14 4轮轮7DOF7DOF模型：在线控制模型：在线控制修正的修正的HSRIHSRI轮胎瞬态非线性建模轮胎瞬态非线性建模模型模型耦合耦合u轮胎：,Fz,Vwhu整车：ax,ay,Vx,stl实现了实现了在在大联合滑移的非线性区域内根据运动参量在线修正的建

6、模方法，解决了大联合滑移的非线性区域内根据运动参量在线修正的建模方法，解决了模型精确定量化与运算实时性同时满足的难题。模型精确定量化与运算实时性同时满足的难题。l模型精度：偏差模型精度：偏差10%10%，1616位机单次周期位机单次周期 3 3msms10二、汽车瞬态非线性动力学定量分析关键动力学控制参量观测体系关键动力学控制参量观测体系2构建动力学参量观测器：轮胎-路面动态附着 轮胎力及其参数 车身侧偏角11二、汽车瞬态非线性动力学定量分析动力学参量观测：轮胎动力学参量观测：轮胎-路面动态附着路面动态附着u联合工况路面联合工况路面动态附着动态附着特性特性313二、汽车瞬态非线性动力学定量分析

7、动力学参量观测：车身侧偏角动力学参量观测：车身侧偏角5车载传感器采集信号EKF卡 尔曼滤波侧向速度观测基 于 7自由度车辆模型的侧向加速度预估方向盘转角轮缸压力（估算）轮速纵向加速度车速（估算）横摆角速度侧向加速度预估侧向加速度侧向速度方向盘转角轮缸压力（估算）轮速车速（估算）横摆角速度纵向加速度前一时刻侧向速度路面附着系数实时估计名义横摆角速度横摆角速度偏差预估侧向加速度侧向速度路面附着系数实车路面附着系数路面附着系数侧向速度侧向速度侧向速度观测器双移线实验：双移线实验：成成果果发发表表在在Int.Int.J.J.Veh Veh DesignDesign，Int.Int.J.J.Auto A

8、uto TechTech等等SCISCI期期刊刊上上，土土耳耳其其ToosiToosi科科技技大大学学Khaknejad Khaknejad 教教授授认认为为“提提出出了了一一种种侧侧偏偏估估算算算算法法，并并在在不不同同路路面面上上验验证证了了其其鲁鲁棒棒性性”，韩韩国国科科技技大大学学Y.CHOY.CHO教教授授指指出出本本人人论论文文“综综合合比比较较分分析析了了所所开开发发不不同同自自由由度度非非线线性性模模型型并并评评述述了了模模型型的的非线性特征非线性特征”。15汇报内容瞬态非线性动力学定量分析二二失稳过程测量与预判三三汽车动力学稳定性控制四四研究背景一一小结五五16三、失稳过程测

9、量与预判极限工况操纵特性分析极限工况操纵特性分析2p模型精度：最大位置偏差比传统最优预瞄驾驶员模型下降50%，最大横摆偏差下降28%闭环测试需驾驶员模型没有适用于极限工况的驾驶员模型：较好实现路径规划、高精度轨迹跟随，且考虑边界约束。最优预瞄驾驶员模型原理清晰、结构简单、应用方便、精度较高，应用比较广泛。代表论文：代表论文：Comprehensive lateral driver model,Int.J.Auto.Tech.预瞄时间自适应最优预瞄驾驶员模型，机械工程机械工程学报学报18转向可响应分析三、失稳过程测量与预判失稳预判失稳预判3稳定性预测判据剔除异常操纵19汇报内容汽车瞬态非线性动力

10、学定量分析二二失稳过程测量与预判三三动力学稳定性控制四四研究背景一一小结五五2021四、稳定性控制算法汽车稳定性控制基于驾驶意图识别的控制方法轮胎-地面附着控制驱动转矩控制基于模型的预测控制方法制动力矩控制解耦解耦123驾驶意图识别驾驶意图识别转向操纵控制目标预测四、稳定性控制算法基于驾驶员驾驶意图识别的基于驾驶员驾驶意图识别的动力学稳定性控制动力学稳定性控制1主控变量：横摆角速度辅助控制变量：侧偏角原因：1）横摆角速度偏差直接反映了转向特性和品质2）横摆角速度是直接测量的变量，可靠性高3）侧滑时不足以反映汽车的失稳状态，辅助以质心侧偏角（低附路面）侧向力主导型失稳：稳态横摆角速度偏差控制运动

11、诱导型失稳：瞬态迟滞与超调控制稳定性控制方程稳定性控制方程u研究成果被国国家家自自然然科科学学基基金金委委20092009年年发发表表的的加加强强基基础础，倡倡导导创创新新，规规范范管管理理，引引领领未未来来-NSFC-NSFC 机机械械学学科科年年度度结结题题项项目目评评述述 中作为机械系统动力学领域代表性成果加以介绍。22四、稳定性控制算法扭矩与主动制动解耦控制扭矩与主动制动解耦控制3压力滑膜控制压力滑膜控制代表代表论文：论文：SCI 1SCI 1篇篇PID plus fuzzy logic method for TCS,Int.J.Auto.Tech.Coordinated Vehicl

12、e Traction Control,Vehicle System Dynamics.lESP/TCS 控制中，动力性和平顺性有一定的矛盾：控制扭矩和压力协调不好会对耗；l路面突变时，如何快速调整且过渡平顺，是控制的难点Int.J.Automotive Technology Chief editor:Prof.Simsoo Park:“You had done many works on TCS development,Simulation study,HILS test,and vehicle test It will be very helpful to researchers who w

13、ant to develop similar control system.”24汇报内容汽车瞬态非线性动力学定量分析二二失稳过程测量与预判三三动力学稳定性控制四四研究背景一一小结五五2628五、小结1 1）5 5年来发表年来发表SCI/EISCI/EI学术论文学术论文6060余篇：余篇：l发表发表包括包括Vehicle System DynamicsVehicle System Dynamics、IEEE Trans IEEE Trans 等领域顶级期刊论文在等领域顶级期刊论文在内的内的SCISCI收录收录论文论文2121篇篇。l发表包括发表包括机械工程学报机械工程学报（中、英文版）论文（中、英文版）论文1414篇在内的篇在内的EIEI收录收录5050余余篇篇。2 2）申请申请ESPESP开发、测量与传感国家开发、测量与传感国家发明发明专利专利9 9项项，获得授权，获得授权4 4项项。3 3）合作企业成果验收鉴定报告）合作企业成果验收鉴定报告2 2项。项。