AFS与ESP集成的汽车侧向稳定性控制

成果简介： AFS与ESP集成的汽车侧向稳定性控制研究。主动前轮转向（AFS）和电子稳定控制程序（ESP）是提高车辆侧向稳定性的代表性主动安全技术。ESP在抑制汽车不足转向和过多转向方面具有显著的控制效果，但制动会导致车辆的纵向速度下降、影响车辆的纵向动力学，还会引起驾乘人员的不适。AFS通过施加独立于驾驶员之外的转向操作纠正车辆的不足转向或过多转向，不影响车辆的纵向动力学和乘坐舒适性，但侧向轮胎力接近饱和时，AFS的性能将变差。AFS与ESP的集成控制可充分利用两者的优势，进一步提高车辆的侧向稳定性。现有集成控制方法有的无法完全解决子系统之间对车辆运动的相互干涉，有的没有考虑轮胎力的最优利用和分配等问题，有的因控制算法的局限性不能考虑执行器的物理约束和系统的安全约束，有的因分层式控制结构无法保证控制输入的全局最优性。针对上述问题，本研究团队提出了一种考虑轮胎均等后备能力的一体式AFS/ESP集成控制方法，解决了转向和制动的相互干涉和控制权分配问题。研究结果表明，本研究能使转向和制动的利用更加均衡，减少不必要的制动干扰，提高车辆的稳定性。

技术优势： 本研究将AFS与ESP集成控制存在的相互干涉和控制权分配问题梳理并总结为侧向和纵向轮胎力分配问题，并在轮胎力层面对上述问题给予了解决，对于提高车辆底盘协同控制的理论研究水平具有重要意义。本研究分析了转向和制动在车辆运动学和动力学层面的运动关系，提出了基于轮胎均等后备能力的新型轮胎力分配方法，能够使转向和制动的利用更加均衡，减少不必要的制动干扰，提高车辆的稳定性和安全裕度。本研究控制器模型基于复合滑移工况的UniTire轮胎模型以及非线性车辆动力学模型设计，能够充分反映车辆系统和轮胎系统的非线性因素，控制精度更高。本研究采用线性化技术对控制器模型进行了线性化处理，设计了基于线性时变模型预测控制（LTV-MPC）的车辆底盘稳定性控制器，能够在保证控制精度的同时提高系统的实时性。

性能指标： 本研究在传统车辆侧向稳定性控制中，相对传统方法能够减小20~50%的侧滑，控制器计算速度提高约45%。本研究在无人驾驶车辆的路径跟踪控制中，相对传统方法能够降低40~60%的侧向跟踪误差以及18~25%的速度干涉。

市场分析： 该研究即可以应用于传统充气轮胎车辆的底盘集成控制，解决AFS/EPS/4WS与ESP等转向和制动机构的耦合和控制权分配问题，又可以应用于无人驾驶车辆路径跟踪控制，提高无人驾驶车辆在转向/制动集成的避撞控制中的避撞能力，还可以应用于未来基于轮毂电机的新能源车辆，提高转向系统和轮毂电机驱动系统的协调控制性能。

经济效益分析： 技术转移能够产生50~100万元的经济效益。

成果亮点： 1. 具有自主知识产权，研究成果已申请发明专利2项。 2. 成果来源：国家重点研发计划项目（2018YFE0192900和2019YFC0605300）、中央高校基础研究基金项目中央大学基础研究基金、广东省基础与应用基础研究基金项目(2019A1515111015)等。 3. 技术先进性：该研究处于国际先进水平，对于提高国内车辆底盘协同控制的理论研究水平具有重要意义。

成果简介：

AFS 与 ESP 集成的汽车侧向稳定性控制研究。主动前轮转向(AFS)和电子稳定控制程序(ESP)是提高车辆侧向稳定性具有代表性的主动安全技术。ESP在抑制汽车不足转向和过多转向方面具有显著的控制效果，但制动会导致车辆的纵向速度下降、影响车辆的纵向动力学，还会引起驾乘人员的不适。AFS 通过施加一个独立于驾驶员之外的转向操作纠正车辆的不足转向或过多转向，不影响车辆的纵向动力学和乘坐舒适性，但是当侧向轮胎力接近饱和时，AFS的性能将变差。AFS与ESP 的集成控制可以充分利用两者的优势，进一步提高车辆的侧向稳定性。现有集成控制方法有的无法完全解决子系统之间对车辆运动的相互干涉，有的没有考虑轮胎力的最优利用和分配等问题，有的因控制算法的局限性不能考虑执行器的物理约束和系统的安全约束，有的因分层式控制结构无法保证控制输入的全局最优性。针对上述问题，本研究团队提出了一种考虑轮胎均等后备能力的一体式AFS/ESP集成控制方法，解决了转向和制动的相互干涉和控制权分配问题。研究结果表明，本研究能使转向和制动的利用更加均衡，减少不必要的制动干扰，提高车辆的稳定性。

技术优势：

本研究将AFS与ESP集成控制存在的相互干涉和控制权分配问题梳理并总结为侧向和纵向轮胎力分配问题，并在轮胎力层面对上述问题给予了解决，对于提高车辆底盘协同控制的理论研究水平具有重要意义。本研究分析了转向和制动在车辆运动学和动力学层面的运动关系，提出了基于轮胎均等后备能力的新型轮胎力分配方法，能够使使转向和制动的利用更加均衡，减少不必要的制动干扰，提高车辆的稳定性和安全裕度。本研究控制器模型基于复合滑移工况的UniTire轮胎模型以及非线性车辆动力学模型设计，能够充分反映车辆系统和轮胎系统的非线性因素，控制精度更高。本研究采用线性化技术对控制器模型进行了线性化处理，设计了基于线性时变模型预测控制（LTV-MPC）的车辆底盘稳定性控制器，能够在保证控制精度的同时提高系统的实时性。

性能指标：

本研究在传统车辆侧向稳定性控制中，相对传统方法能够减小20~50%的侧滑，控制器计算速度提高约45%。本研究在无人驾驶车辆的路径跟踪控制中，相对传统方法能够降低40~60%的侧向跟踪误差以及18~25%的速度干涉。

市场分析：

该研究即可以应用于传统充气轮胎车辆的底盘集成控制，解决AFS/EPS/4WS与ESP等转向和制动机构的耦合和控制权分配问题，又可以应用于无人驾驶车辆路径跟踪控制，提高无人驾驶车辆在转向/制动集成的避撞控制中的避撞能力，还可以应用于未来基于轮毂电机的新能源车辆，提高转向系统和轮毂电机驱动系统的协调控制性能。

经济效益分析：

技术转移能够产生50~100万元的经济效益。

成果亮点：

1. 具有自主知识产权，研究成果已申请发明专利2项。

2. 成果来源：国家重点研发计划项目（2018YFE0192900和2019YFC0605300）、中央高校基础研究基金项目中央大学基础研究基金、广东省基础与应用基础研究基金项目(2019A1515111015)等。

3. 技术先进性：该研究处于国际先进水平,对于提高国内车辆底盘协同控制的理论研究水平具有重要意义。