文 献 综 述
1 引言
随着汽车工业的迅速发展,公路网络建设的日益完善,汽车的行驶速度得到了极大地提高,与此同时,路上的汽车数量也越来越多,汽车的交通事故也就不断地增加。由汽车交通事故造成的生命财产损失日益严重,汽车的行驶安全性能,尤其是侧向安全性能越来越受到人们的重视。被动安全技术和主动安全技术成为了研究重点和热点。汽车侧翻由于其严重的危害性也得到了大家的重视,越来越多的学者和汽车制造商对汽车侧翻的形成机理和控制方法进行研究。而我国对于这一领域的研究处于起步阶段,进行汽车防侧翻控制的研究对进一步提高汽车的安全性能有着现实的意义和广阔的应用前景。[1]汽车侧翻事故是交通事故中比较常见的一种,但带来的严重危害远大于一般的交通事故。为了降低车辆侧翻的概率,需要设计先进的防侧翻装置。侧翻的发生往往是由于车速过快或转向过度导致,所以转向系统性能对车辆的侧翻稳定性非常关键。[10]
2 研究背景及意义
针对传统侧翻预警系统存在的只能预测因急转弯时侧向加速度过大引起的非绊倒性侧翻而无法预测因道路凹凸不平引起的绊倒性侧翻的缺陷。[8]汽车侧翻已经成为危及人类交通安全、造成伤害最大的交通事故类型之一。近几年的国内外的交通事故数据表明,汽车侧翻事故是仅次于正面碰撞的高发性交通事故。一个侧翻事故导致的损失是非常巨大,其中包括人身伤亡、公共基础设施的破坏、而且还有对周围环境造成的污染。这些都给国家带来了严重的经济损失,因此研究汽车防侧翻的控制方法已经成为了解决人们生命财产安全和道路交通安全的重要的举措之一。国外已经开始对汽车的侧翻方面有了一定深入的研究,但国内尚处于初级阶段,需要更多的优秀人才投入该领域的研究中去。[2]但是,对于汽车转弯时出现的侧 翻问题,尚没有较为有效的防范系统。[11]为了减少汽车侧翻事故，提出了一种基于模型的汽车侧翻预警算法以及在预警基础上的防侧翻控制算法．预警算法通过三自由度线性汽车侧翻模型计算将来一段时间内汽车横向载荷转移律的绝对值，由侧翻条件得到侧翻危险时间；控制算法根据预警时间来触发比例一微分控制器对汽车实施控制．结果表明，预警算法能够及时准确预测汽车侧翻危险。[14]
3 国内外研究情况
伴随汽车工业的发展，汽车的行驶安全性越来越受到国内外学者的关 注。汽车在紧急避障或急速转弯时，容易失稳侧翻。汽车电子稳定性控制技术的迅速发展及广泛应用，为汽车主动安全性能提高做出巨大贡献。目前，此类技术中大 部分以控制横摆稳定性为控制目标。为了更进一步提高汽车安全性能，必须完善汽车电子控制系统。应考虑汽车的侧翻安全性，建立有效的防侧翻控制系 统。[7]我国的汽车防侧翻研究仍处于起步阶段。 本文中汽车的防侧翻控制包括防侧翻预警和控制两个方面。作者综合分析国内外汽车防侧翻控制的研究现状,提出将Kalman滤波应用到汽车防侧翻TTR预警算法中、将参数模糊自整定PID应用到车辆侧翻的主动控制中。首先,先建立了更接近实体汽车的三自由度动力学模型,在此模型基础上提出控制车辆侧翻的传递函数。在此模型及传递函数的基础上,进行汽车防侧翻的预警和控制。针对现阶段对于车辆行驶状态参数测量的限制,本文采用Kalman滤波进行汽车侧翻状态参数的状态估计,然后再采用最为流行也最为普遍的TTR预警算法推算预警值及作为主动控制的参数(LTRd)值。本文利用MATLAB/Simulink对Kalman状态估计器进行了车辆状态参数的仿真；在防侧翻主动控制中,提出采用参数模糊自整定PID算法,并仿真验证了参数模糊自整定PID控制算法在主动侧翻控制的适用性。 本系统中主控芯片采用TI公司生产的DSP—TMS320VC5402,主要完成算法的实现和数据的处理。充分利用其丰富资源,搭建了汽车防侧翻预警、控制器的硬件平台,设计实现了控制器软件部分。最后采用MATLAB/Simulink建模、编程仿真预警算法和参数模糊自整定PID控制算法。在车辆四种典型工况输入下,通过对比不同控制方案的控制结果仿真图,本文设计的参数模糊自整定PID控制效果更好一些。为后续研究汽车的防侧翻控制算法提供一种参考。[3]重型汽车由于结构尺寸大、质心较高、装载量大等因素，导致其侧倾稳定性相对乘用乍较差，容易发生侧翻事故。侧翻将导致严重的生命财产损失。通过研究重型汽车防侧翮技术，可以运用技术手段来避免侧翻的发生。在实际重型汽车行驶条件下，关于侧翻的研究是十分有必要的。阐述了目前国内外在重型汽车防侧翻技术方面的研究现状，总结了重型汽车防侧翻的关键技术，展望了未来防侧翻技术的发展趋势。[6]半挂汽车由于重心位置高、轮距相对于车身高度过窄,在高速大幅度的转向或避障等操作时容易发生侧翻。通过调节制动力来控制半挂汽车侧翻的防侧翻技术在国外已经非常成熟。[12]
4设计及优化
为提高汽车侧翻预警算法的实时性及动态过程侧翻预警的精度,提出基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法。考虑车轮侧倾外倾和侧倾转向及悬架变形外倾和变形转向对轮胎侧偏特性的影响,建立多自由度汽车侧翻动力学模型;应用汽车侧翻动力学理论及劳斯稳定性判据获得汽车侧翻动平衡稳定条件及汽车侧翻动平衡状态的抗干扰稳定条件,并提出侧翻动态稳定因子作为汽车动态稳定性的评价指标;融合汽车侧翻预警机理及侧翻动态稳定因子设计出基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法;针对高速紧急工况下运动型多功能车侧翻过程进行动态侧翻预警仿真分析。结果表明,基于动态稳定性的汽车侧翻预警算法预警结果准确、实时,可提高动态过程汽车侧翻预警精度,降低侧翻危险的误报警率,有助于改善汽车防侧翻的主动安全性能。[9]本文针对不同客车的特征分别对小客车和大客车侧翻系统进行建模,研究了评价客车侧翻的指标;分析了客车关键参数对侧翻的影响;设计了客车的防侧翻控制策略,应用Carsim软件和Trucksim软件进行了基于EHB的客车防侧翻控制联合仿真实验。具体研究内容如下:(1)对客车侧翻系统进行了动力学建模与验证。针对小客车建立了六自由度汽车侧翻动力学模型,应用Carsim软件进行了模型验证;针对大客车分别建立了考虑刚性车架和柔性车架的侧翻动力学模型,分别采用稳态特征值法和遗传算法对模型的稳态特征参数及瞬态特征参数进行了估计,应用Trucksim软件验证大客车模型的有效性。(2)建立了小客车和大客车的侧翻评价指标,可同时用于评价绊倒型侧翻和非绊倒型侧翻。对由路面垂向输入引起的小客车侧翻进行了研究,推导了能同时用于检测绊倒型和非绊倒型侧翻的小客车侧翻指数,应用Carsim软件对该侧翻评价指标进行了验证。与传统的侧翻评价指标比较,结果表明新的侧翻指数能够很好评价小客车的非绊倒型侧翻和由于路面垂向输入引起的绊倒型侧翻危险状态。针对大客车侧翻模型特点建立了用于评价大客车侧翻的指标,应用Trucksim软件仿真实验验证了该指数的有效性。对影响客车侧翻性能的关键参数进行了仿真分析,得到了客车参数影响侧翻性能的一般规律,为客车设计提供了理论依据。[5]第一传感器和第二传感器分别设置在车架下方；第三传感器,设置在车架下方；第一控制器，用于接收第一传感器发送的距离信号，并向第一直线电机发送移动信号；第二控制器，用于接收第二传感器发送的距离信号，并向第二直线电机发送移动信号；第三控制器，用于接收第三传感器发送的倾斜角度值，并同时向第一直线电机和第二直线电机发送移动信号。[4]传感器将实时检测到的数据发送至微处理器中，微处理器对数据进行分析处理，微处理器将处理后的信息送显示屏显示，微处理器还将得到的横向载荷转移率及侧向加速度值分别与它们的预设阈值进行比较，当它们大于预设阈值时，处理器将控制报警装置进行报警。[13]求得代表汽车侧向的横向动力学的横向参量(ayeff),并且将该横向参量(ayeff)与至少一个阈值进行比较,并且根据比较来实施用于防止侧翻的制动干预。[15]
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