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【摘要】在二自由度车辆模型的基础上设计了相应的车辆底盘集成控制器，并开放了以二次规划法作为基础的主动横摆力矩优化分配计算法。本文简单阐述了基于主动横摆力矩优化分配的车辆底盘集成控制研究。
【关键词】主动横摆力矩优化分配；车辆底盘集成控制；研究；二次规划法
随着我国交通行业的发展，交通事故的增多，人们对于车辆的安全性要求更高更全面，汽车企业也不断采集消费者的需求，不断研究安全性能更好，安全度更高的新型车辆。以主动转向或是主动制动作为基础，研发的车辆主动安全控制系统比如电子稳定性控制，主动前轮转向，直接横摆力矩控制等等均获得了研发人员的肯定，研究人员对于这些安全控制系统不断深入研究，并通过实际装车进行相应的试验[1]。但是，经试验装车并试车后，却发现这些安全控制系统其实还是存在很多缺点的，并不如研发人员一开始设想的那般完美。有研发人员（Rwza等人）[2]研究了主动前轮转向/直接横摆力矩控制的联合控制方法，也提出以规则为基础的集成控制方案，让两种控制器之间的相互作用变得最小化，从而优化汽车的整体性能。也有研发人员[3]通过先行反馈技术设计了具有主动制动，主动转向执行器的车辆集成控制器。这种联合控制方案充分的考虑到了执行器自身的特性，在获取了制动控制器支持的前提下，充分的实现了转向控制器的连续动作。但是这些研究多数是将反馈控制器或是顶层控制器设计作为重点，并没有考虑到汽车转向器与汽车轮胎等收到执行器约束的部件，没有考虑到车辆处于极限状态的时候，会受到执行器或是地面的限制，轮胎力会逐渐达到饱和状态或是呈饱和状态，容易出现爆胎现象。
1车辆动力学建模
1）控制器设计的参考模型：实际使用的控制器设计参考模型必须能够真实的反映出系统实际进行操作时的特性，在设计控制器的参考模型的时候必须根据要求进行，保证越简单越好，必须能够一目了然。本文应用的控制器设计参考模型主要是选取线性二自由度半车辆模型，详细见图1。两个方程式中的字母分别代表着不同的含义：m代表着整车的质量；vx代表着车辆的质心纵向速度；而β代表着的质心的侧偏角速度；γ则代表着横摆角的速度；其中Fyf代表着车辆前轴的侧向力；Fyr则代表着车辆的后轴侧向力；代表着车辆横摆转动的惯量；则代表着车辆质心到前轴的距离；则代表着车辆质心到后轴的距离。2）控制器的验证模型：针对于所有装备了主动控制与主动转向的车辆，建立相应的患者十五自由度非线性控制器验证模型：①簧载质量，自由度数6，运动类型有横摆运动，垂直运动，纵向运动，侧向运动，侧倾运动，俯仰运动。②非簧载质量，自由度数4，运动类型是四个垂向运动。③车辆旋转惯量，自由度数4，运动类型是四个旋转运动。④前轮转动惯量，自由度数1，运动类型是转向轮转向旋转运动。
2底盘集成控制主环路控制器设计
1）车辆的状态观测器设计：车辆的状态观测器能够根据车辆自带的各种传感器信息号从而监测并辨别驾驶员自己的意图以及车辆目前的状态，能够为控制器控制并制定决策提供相应的车辆的各种运动状态以及各种运动参数。而底盘集成控制系统车辆的所需要的车辆各种状态参数有：车轮的垂直载荷，路面的附着系数，横摆角的速度，车辆的质心侧偏角度，车辆的纵向速度，车辆方向盘的转角系数等等，这些车辆参数只有部分参数（车辆方向盘转角，车辆横摆角的速度）能够直接利用传感器获取，而其他的参数则需要依照状态观测器获取计算。2）主环路控制器的设计：主环路控制器的设计不需要考虑到车辆的轮胎侧偏力非线性，也不需要考虑到汽车前轴与汽车后轴所遭受的侧向力与汽车前后轴遭受的侧向力与对应侧偏角呈线性关系。
3主动横摆力矩优化分配
按照车辆的动力学原理，所需要的车辆主动横摆力矩方程式可以是Mz＝BuF。主动横摆力矩方程式是利用主动转向亦或是多目标车辆车轮锁视角的主动制动从而获取相应的理想主动横摆力矩。本研究则是使用二次规则从而优化分配车辆的主动制动目标横摆力矩。而优化分配则需要一定等式约束条件（Tz＝BuF）。不等式的约束条件则为轮胎摩擦圆的限制制动力可以执行的区域以及主动转向系统的最大动转向角。本文在最后的时候是使用积极集法从而解决主动制动目标的横摆力矩优化分配问题，并得到最好的主动横摆力矩的分配方法。最后通过分配的力矩与得到的侧向力利用轮胎的逆模型出从而转化为目标的侧偏角与目标的滑移率，让目标执行器转化成车轮制动力与主动转向角。
4仿真验证
仿真验证主要是用来验证主动横摆力矩分配好的算法以及相应的底盘集成控制系统性能，使用的是15自由度的非线性车辆动力学模型，在单移线与阶跃转向两种比较典型的工况环境下实施离线仿真验证。能够发现的是，使用底盘集成控制之后，两个典型工况环境下，车辆都能够很好的跟踪所谓的横摆角速度名义值，并且能够最大程度的控制质心侧偏角，能够让车辆更好操作更稳定。
5结束语
本文简单阐述了基于主动横摆力矩优化分配的车辆底盘集成控制研究，并得出结果，该系统的控制效果良好，能够提高车辆操作稳定效果，值得应用。
参考文献
[1]李静,张家旭.基于鲁棒L2-L∞/H∞的车辆底盘集成控制[J].吉林大学学报(工学版),2016,46(6):1757-1764.
[2]赵健,郭俐彤,朱冰等.基于底盘集成控制的轻型汽车防侧翻控制[J].汽车工程,2014,36(3):334.
[3]陈国迎,郑宏宇.分布式全线控电动汽车的底盘集成控制[J].华南理工大学学报(自然科学版),2015,43(11):87-95.
作者:徐良 单位:四川轻化工大学
