汽车AFS与DYC的协调控制研究.pdfVIP

摘要

车辆的主动安全一直都是国内外学者研究的重点与热点。随着电子控制技术的发展

与普及，汽车的底盘控制子系统逐渐增多，但各子系统间所存在的干涉及耦合问题也越

来越严重，这导致各子系统的单独控制已经不能保证整车动力学性能最优，所以对底盘

子系统进行集成控制成为必然趋势。由于主动前轮转向（ActiveFrontSteering，简称AFS）

与直接横摆力矩控制（DirectYawmomentControl，简称DYC）都能提高车辆转向行驶

的操纵稳定性以及安全性，AFS一般在车辆的线性行驶范围内改善车辆的稳定性，且舒

适性较好，然而当车辆在非线性区域内行驶时，DYC具备更好的作用效果，但舒适性也

更差。为了使AFS与DYC子系统发挥最大效果，既能保证舒适性，又能提高车辆稳定

性，需要对汽车的AFS与DYC进行协调控制研究。考虑到轮毂式电动汽车能够单独对

各个车轮进行快速且准确地控制，因此本文选择轮毂式电动汽车作为研究对象，设计了

AFS和DYC控制系统，并为两者设计了协调控制策略，主要研究内容为以下几点：

第一，合理的整车动力学模型是研究轮毂式电动汽车AFS与DYC控制系统的基础。

考虑四轮车辆模型，并根据假设的前置条件简化建立两轮车辆模型；基于两轮车辆模型，

考虑路面附着系数的约束，确定了理想横摆角速度和质心侧偏角用于后续控制系统的设

计；建立非线性的魔术轮胎模型，并对轮胎受力进行分析。

第二，在重构后的四轮车辆模型基础上，设计扩展卡尔曼滤波观测器用于测量质心

侧偏角；基于滑模变结构控制理论，设计AFS控制系统用于修正前轮转角；基于模糊滑

模控制理论，设计DYC控制系统用于计算维持车辆稳定所需横摆力矩并分配至对应车

轮；通过Matlab与Carsim的联合仿真对AFS与DYC控制系统的可行性进行验证。

第三，对AFS与DYC控制系统的优劣进行分析，提出AFS与DYC协调控制的关

键性。然后，通过−相平面法对车辆稳定性进行了研究，考虑了车速、前轮转角以及

路面附着系数对其所产生的影响，选择依据路面附着系数对−相平面的稳定区域进

行划分，并在此基础上划分协调控制区域，通过模糊控制理论对协调控制区域边界进行

求解，确定了协调控制区域内AFS与DYC的分配规则。通过不同工况下的联合仿真，

对AFS单独控制、DYC单独控制及AFS和DYC协调控制时的稳定性控制效果进行对

比，结果表明相较于单独的控制器，本文所设计的AFS和DYC协调控制能够弥补单独

控制的不足，使车辆控制在更为安全的范围内，保证车辆行驶的稳定性与平顺性。

关键词：主动前轮转向；直接横摆力矩控制；滑模控制；相平面法；协调控制

Abstract

Theactivesafetyofvehiclehasalwaysbeenthefocusandhotspotofscholarsathomeand

abroad.Withthedevelopmentandpopularizationofelectroniccontroltechnology,thenumber

ofchassiscontrolsubsystemsisincreasinggradually,butthedry-involvedcouplingproblem

betweeneachsubsystemisbecomingmoreandmoreserious,whichleadstotheseparate

controlofeachsubsystemcannolongerguaranteetheoptimalvehicledynamicperformance,

sotheintegratedcontrolofchassishasbecomeaninevitabletrend.SincebothActiveFront

Steering(AFS)andDirectYawmomentControl(DYC)canimprovesteeringstability