Fundamental Research | 张琳博士：基于动态边界的车辆线控系统侧向稳定性控制

Fundamental Research 2022-12-31

Fundamental Research 2022年第2卷第1期封面

基于动态边界的车辆线控系统侧向稳定性控制

关键词：极限工况，车辆稳定性控制，稳定域，模型预测控制，随机时滞

随着电动汽车的快速发展，线控技术在汽车应用中发挥着至关重要的作用。它通过电线在控制元件和车辆执行器之间建立可靠的通信，传感器记录信息并将其传输到计算机。通过这种方式，控制信号由实时通信系统传输。与传统的点对点电缆连接相比，这种方法具有成本低、重量和功率要求低、安装和维护简单以及可靠性高等优点。目前，线控技术的应用为主动安全系统的发展带来了诸多机遇，但是该技术会造成信号随机传输延迟。这种延迟可能会降低控制性能，在影响车辆性能的同时无法保证车辆安全行驶。同时，当车辆高速行驶、剧烈转向、紧急加速或制动，或在湿滑路面上行驶时，车辆的不稳定性风险随之增加。在这些极限情况下，车辆将进入非线性工作区域，轮胎力逐渐饱和，这很容易导致机动性丧失，当质心侧偏角过大或者实际横摆角速度与期望值相差过大时，车辆进入不稳定状态，导致严重的交通事故，因此需要施加主动控制，保证车辆的侧向稳定性，使车辆安全行驶。

为了提高车辆在极限工况下的稳定性并补偿随机时滞，本研究中提出了一种基于非线性模型预测控制的车辆侧向稳定性控制方法（图1）。结合车辆非线性动态特性和驾驶员行为，辨识得到以横摆角速度和质心侧偏角形成的稳定区域，以该区域为动态状态约束，基于非线性动力学模型设计侧向稳定性控制器，跟踪期望的车辆侧向运动响应信号。此外，利用求解优化问题得到控制时域内的优化控制序列，设计了一个动态延迟补偿器，用于补偿线控系统中控制器和执行器之间的随机传输延迟，本研究中提出的控制策略提高了车辆的操纵稳定性，抑制了质心侧偏角，并且可以有效处理时间延迟，使控制系统在更加精确的控制输入下获得更好的性能。

图1. 基于动态边界的车辆侧向稳定性控制结构框图。

以上内容节选自期刊Fundamental Research 2022年第1期发表的文章“X. Zhang, P. Wang, J. Lin, et al., Real-Time nonlinear predictive controller design for drive-by-wire vehiclelateral stability with dynamic boundary conditions, Fundamental Research 2(1)(2022) 131-143”。

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主要作者简介

张琳 同济大学新能源汽车工程中心在站博士后。致力于自动驾驶汽车控制方向的研究。先后获得2019年度中国汽车工程学会优秀博士提名奖，2020年度博士后创新人才支持计划资助。

张曦月 吉林大学通信工程学院控制工程专业在读硕士研究生。致力于车辆稳定性控制和模型预测控制方向的研究。

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