汽車非線性動力學與穩(wěn)定性控制汽車動力學穩(wěn)定性控制技術進展提綱汽車瞬態(tài)非線性動力學建模二失穩(wěn)過程測量與預判三動力學穩(wěn)定性控制算法四研究背景一小結五2國際技術發(fā)展趨勢3初期：致力于改進輪胎、懸架、轉(zhuǎn)向與傳動系來提高汽車固有的操縱穩(wěn)定性。上世紀80年代起，ABS、ESC、主動懸架、SBC、主動安全帶、ACC、安全輔助系統(tǒng)。政府主導安全計劃：日本先進安全車（ASV），歐盟e-Safe。一、研究背景我國技術與行業(yè)現(xiàn)狀交通安全形勢嚴峻，交通事故傷亡10萬人/年；自主開發(fā)汽車安全等級較低；主動安全系統(tǒng)嚴重依賴國外技術與產(chǎn)品；關鍵零部件技術自主發(fā)展緩慢??！一、研究背景ESP是汽車動力學與控制領域最核心技術代表，其系統(tǒng)構成最早由VanZentan等提出。目前被德國Bosch、美國TRW等少數(shù)企業(yè)壟斷。采用ESP成為解決汽車穩(wěn)定性控制、提高主動安全的首要技術手段。據(jù)統(tǒng)計采用ESP能將交通事故傷亡率降低30%以上。美國、歐盟自2012年期實施法規(guī)，強制安裝ESP。4ESP系統(tǒng)構成ESP工作原理ESP：汽車動力學穩(wěn)定性控制系統(tǒng)ABS：汽車制動防抱死系統(tǒng)TCS：牽引力控制系統(tǒng)AYC：主動橫擺力偶矩控制系統(tǒng)我國ESP技術缺失，自主品牌出口歐盟因ESP技術缺失無法滿足新的安全法規(guī)要求?！叭A晨再遭歐洲碰撞門，駿捷缺少ESP被判零星”

《中國汽車報》，2009.4.3課題組ABS關鍵技術，曾獲中國汽車工業(yè)科技進步一等獎（2005）突破ESP關鍵動力學與控制核心技術成為我們近年來的攻關重點。一、研究背景5關鍵科學問題ESP控制在穩(wěn)定、欠穩(wěn)定區(qū)域效果明顯，但仍無法防止汽車完全失控事故發(fā)生?！狽HTSAReport，DOTHS810794，July，2007.本人在2008年，提出了汽車失穩(wěn)臨界區(qū)域概念，界定ESP由穩(wěn)定滑向失穩(wěn)過程，臨界失穩(wěn)時汽車由準穩(wěn)態(tài)向瞬態(tài)非線性快速過度，過度時間100ms量級。穩(wěn)定、欠穩(wěn)定區(qū)失穩(wěn)臨界研究目標開展失穩(wěn)臨界區(qū)域汽車動力學穩(wěn)定性控制研究，揭示汽車失穩(wěn)機理，研究失穩(wěn)防止控制算法，研制動力學穩(wěn)定性控制器。在實現(xiàn)ESP基本功能樣機基礎上，進一步向失穩(wěn)臨界區(qū)域拓展，全面防范汽車極限工況失穩(wěn)。6一、研究背景研究體系3三個關鍵問題：1）非線性瞬態(tài)動力學定量分析2）失穩(wěn)過程測量與預判3）穩(wěn)定性控制算法三個關鍵問題：1）非線性瞬態(tài)動力學定量分析2）失穩(wěn)過程測量與預判3）穩(wěn)定性控制算法7批準號負責人項目名稱經(jīng)費50575120宋健教授基金面上項目：基于駕駛員駕駛意圖識別的汽車動力學穩(wěn)定性控制方法25萬50905092李亮青年基金項目：失穩(wěn)臨界區(qū)域汽車動力學狀態(tài)實時觀測與穩(wěn)定性控制方法研究20萬51275557李亮基金面上項目：汽車失穩(wěn)臨界區(qū)域非線性瞬態(tài)動力學定量描述理論和模型預測控制方法研究84萬51422505李亮優(yōu)秀青年基金：汽車三維空間穩(wěn)定性機理與多安全系統(tǒng)協(xié)同100萬04專項李亮ESP全工況性能模擬測試試驗臺研制620萬基金支持4一、研究背景匯報內(nèi)容汽車瞬態(tài)非線性動力學定量分析二失穩(wěn)過程測量與預判三動力學穩(wěn)定性控制方法四研究背景一小結五8二、汽車瞬態(tài)非線性動力學定量分析面向控制動力學建模1面向結構建模：ADAMS模型4輪15DOF模型實時仿真4輪7DOF模型在線控制修正的HSRI輪胎非線性建模整車與輪胎動力學參量耦合：輪胎參量：[λ,α,μ,Fz,Vwh]整車參量：[ax,ay,Vx,β,σst]實現(xiàn)了HSRI物理特征模型在大聯(lián)合滑移的非線性區(qū)域內(nèi)根據(jù)運動參量在線修正的建模方法，解決了輪胎模型精確定量化與運算實時性同時滿足的難題。模型精度：偏差<10%，16位機單次運行時間<3ms9二、汽車瞬態(tài)非線性動力學定量分析面向控制動力學建模14輪7DOF模型：在線控制修正的HSRI輪胎瞬態(tài)非線性建模模型耦合輪胎：[λ,α,μ,Fz,Vwh]整車：[ax,ay,Vx,β,σst]實現(xiàn)了在大聯(lián)合滑移的非線性區(qū)域內(nèi)根據(jù)運動參量在線修正的建模方法，解決了模型精確定量化與運算實時性同時滿足的難題。模型精度：偏差<10%，16位機單次周期<3ms10二、汽車瞬態(tài)非線性動力學定量分析關鍵動力學控制參量觀測體系2231構建動力學參量觀測器：

輪胎-路面動態(tài)附著輪胎力及其參數(shù)

車身側偏角11二、汽車瞬態(tài)非線性動力學定量分析純滑移過程附著特性識別模糊邏輯+耗散功率法動力學參量觀測：輪胎-路面動態(tài)附著輪胎-路面動態(tài)附著特性3高附->低附12二、汽車瞬態(tài)非線性動力學定量分析動力學參量觀測：輪胎-路面動態(tài)附著聯(lián)合工況路面動態(tài)附著特性313二、汽車瞬態(tài)非線性動力學定量分析動力學參量觀測：輪胎力及其參數(shù)414發(fā)表在SCI期刊Int.J.VehicleDesign

論文被引用10余次。韓國Hanyang大學KunsooHuh教授在IEEE.Trans.VT

期刊論文中引用本研究成果，認為：“提出的非線性近似觀測器實現(xiàn)了輪胎力和輪胎參量的同步實時觀測”，并在其論文中進一步引用經(jīng)本人修正的HSRI輪胎模型用于汽車橫向運動監(jiān)控。二、汽車瞬態(tài)非線性動力學定量分析動力學參量觀測：車身側偏角5車載傳感器采集信號EKF卡爾曼濾波側向速度觀測基于7自由度車輛模型的側向加速度預估方向盤轉(zhuǎn)角輪缸壓力（估算）輪速縱向加速度車速（估算）橫擺角速度側向加速度預估側向加速度側向速度方向盤轉(zhuǎn)角輪缸壓力（估算）輪速車速（估算）橫擺角速度縱向加速度前一時刻側向速度路面附著系數(shù)實時估計名義橫擺角速度橫擺角速度偏差預估側向加速度側向速度路面附著系數(shù)實車路面附著系數(shù)路面附著系數(shù)側向速度側向速度側向速度觀測器雙移線實驗：成果發(fā)表在Int.J.VehDesign，Int.J.AutoTech等SCI期刊上，土耳其Toosi科技大學Khaknejad教授認為“提出了一種側偏估算算法，并在不同路面上驗證了其魯棒性”，韓國科技大學Y.CHO教授指出本人論文“綜合比較分析了所開發(fā)不同自由度非線性模型并評述了模型的非線性特征”。15匯報內(nèi)容瞬態(tài)非線性動力學定量分析二失穩(wěn)過程測量與預判三汽車動力學穩(wěn)定性控制四研究背景一小結五16三、失穩(wěn)過程測量與預判汽車動力學測量與分析1高斯投影坐標變換國內(nèi)首款可實現(xiàn)精確非線性動力學量測實車試驗平臺:測量整車動力學參量多大33個。17帶基站差分GPS：2cm測姿；采用6軸IMU+3軸磁力計解耦橫向加速度與側傾加速度；三、失穩(wěn)過程測量與預判極限工況操縱特性分析2模型精度：最大位置偏差比傳統(tǒng)最優(yōu)預瞄駕駛員模型下降50%，最大橫擺偏差下降28%閉環(huán)測試需駕駛員模型沒有適用于極限工況的駕駛員模型：較好實現(xiàn)路徑規(guī)劃、高精度軌跡跟隨，且考慮邊界約束。最優(yōu)預瞄駕駛員模型原理清晰、結構簡單、應用方便、精度較高，應用比較廣泛。代表論文：Comprehensivelateraldrivermodel…,Int.J.Auto.Tech.預瞄時間自適應最優(yōu)預瞄駕駛員模型，機械工程學報18轉(zhuǎn)向可響應分析三、失穩(wěn)過程測量與預判失穩(wěn)預判3穩(wěn)定性預測判據(jù)剔除異常操縱19匯報內(nèi)容汽車瞬態(tài)非線性動力學定量分析二失穩(wěn)過程測量與預判三動力學穩(wěn)定性控制四研究背景一小結五2021四、穩(wěn)定性控制算法汽車穩(wěn)定性控制基于駕駛意圖識別的控制方法輪胎-地面附著控制驅(qū)動轉(zhuǎn)矩控制基于模型的預測控制方法制動力矩控制解耦123駕駛意圖識別轉(zhuǎn)向操縱控制目標預測四、穩(wěn)定性控制算法基于駕駛員駕駛意圖識別的動力學穩(wěn)定性控制1主控變量：橫擺角速度輔助控制變量：側偏角原因：1）橫擺角速度偏差直接反映了轉(zhuǎn)向特性和品質(zhì)2）橫擺角速度是直接測量的變量，可靠性高3）側滑時不足以反映汽車的失穩(wěn)狀態(tài)，輔助以質(zhì)心側偏角（低附路面）側向力主導型失穩(wěn)：穩(wěn)態(tài)橫擺角速度偏差控制運動誘導型失穩(wěn)：瞬態(tài)遲滯與超調(diào)控制穩(wěn)定性控制方程研究成果被國家自然科學基金委2009年發(fā)表的《加強基礎，倡導創(chuàng)新，規(guī)范管理，引領未來-NSFC機械學科年度結題項目評述》中作為機械系統(tǒng)動力學領域代表性成果加以介紹。22四、穩(wěn)定性控制算法穩(wěn)定性預測控制2提出基于非線性動力學模型的橫擺角速度響應預測控制方法轉(zhuǎn)向特性預判上圖：偏差在初期較大，滯后判斷為不能跟隨，容易過度干預中圖：對轉(zhuǎn)向狀態(tài)的判斷比較滯后下圖：融合上面兩種情況的優(yōu)點代表論文：SCI

3篇：Real-timeyawratepredictionbasedonnonlinearmodel…,J.AutomobileEngineering.Atorque-basednonlinearpredictivecontrolapproach...J.AutomobileEngineering.Multi-statecontrolstrategyofstartingforwetfrictionclutch...Int.J.Auto.Tech.23四、穩(wěn)定性控制算法扭矩與主動制動解耦控制3扭矩滑膜控制壓力滑膜控制代表論文：SCI1篇PIDplusfuzzylogicmethodforTCS…,

Int.J.Auto.Tech.CoordinatedVehicleTractionControl…,VehicleSystemDynamics.ESP/TCS控制中，動力性和平順性有一定的矛盾：控制扭矩和壓力協(xié)調(diào)不好會對耗；路面突變時，如何快速調(diào)整且過渡平順，是控制的難點《Int.J.AutomotiveTechnology》Chiefeditor:Prof.SimsooPark:“YouhaddonemanyworksonTCSdevelopment,Simulationstudy,HILStest,andvehicletest…Itwillbeveryhelpfultoresearcherswhowanttodevelopsimilarcontrolsystem.”24四、穩(wěn)定性控制算法動態(tài)附著控制：強驅(qū)動抖振防止4振動度（vibrationdegree）

TRWESP

消抖控制效果先后兩篇論文發(fā)表在本領域頂級期刊上：CoordinatedVehicleTractionControl…,VehicleSystemDynamics.Anovelfuzzylogiccorrectionalgorithm…,VehicleSystemDynamics.25匯報內(nèi)容汽車瞬態(tài)非線性動力學定量分析二失穩(wěn)過程測量與預判三動力學穩(wěn)定性控制四研究背景一小結五26五、小結提出基于駕駛員駕駛意圖識別的動力學穩(wěn)定性控制方法，并拓展到失穩(wěn)臨界區(qū)域，實現(xiàn)了基于模型預測的汽車動力學穩(wěn)定性控制方法。打破國際公司壟斷，研制了國內(nèi)首款達到美國FMVSS126法規(guī)的ESP技術。并在華晨尊馳、長安C118、東風猛士等4款轎車上得到應用。制定了汽車動力學穩(wěn)定性控制系統(tǒng)測試規(guī)范，并被華晨、長安