浅析车辆操纵稳定性控制系统

随着社会进步, 汽车正逐渐进入家庭, 成为人们日常生活中不可缺少的一部分。但是驾驶员非职业化、车流密集化和车辆高速化, 使交通安全问题也随之日益突出。我国道路交通安全问题更为突出, 道路交通事故死亡人数连续15年居世界首位。而这种交通事故主要归咎于侧滑。

汽车的操纵稳定性是指汽车按照驾驶员的操作意图行驶, 并且在遭遇外界干扰时, 可以抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。汽车稳定性控制系统在转向过程中, 根据驾驶员的操作判断驾驶员的转向意图, 并且结合当前汽车行驶状态判断车辆是否已经出现失稳的状态或者可能会出现失稳的状态。如果失稳或者可能出现失稳的情况则通过调整车轮上的制动力或驱动力分配, 从而调节汽车的横摆运动, 提高汽车的操纵稳定性。

80年代中叶以来, 随着支持控制系统的计算机的发展, 各汽车公司陆续开发、生产了多种显著改善操纵稳定性的电子控制系统。最初的汽车稳定性控制的概念是在ABS和ASR的基础上加以改进, 使之能部分解决汽车的稳定性问题。在上世纪90年代初, 通过对车辆稳定性的理论分析, 提出了直接对汽车横摆运动进行控制的概念。

目前车辆稳定性控制系统的关键技术仅掌握在国外少数几家公司手中。国内对汽车关键技术的掌握严重滞后, 汽车产业面临严峻考验, 我们有必要对一些新的技术进行深一步的研究, 本文在大量调研的基础上, 对相关领域的原理理论加以概括研究分析。

汽车的安全技术主要分为被动和主动安全技术。被动安全技术是指在交通事故发生后尽量减小对乘客和行人的损伤的安全技术, 而主动安全技术是指通过事先预防避免事故发生的技术。被动安全技术可分为碰撞安全技术 (事故当时) 和控制安全技术 (事故后) 。碰撞安全技术主要指智能安全气囊、智能安全带、安全玻璃、吸能车体、可变性能量吸收转向柱、前围安全气囊、发动机罩安全气囊、侧翻防护系统、乘员特点探测/修正技术等;控制安全技术指燃油系统切断技术、未点燃烟火装置解除技术、电源切断技术、灭火系统、易逃技术 (电动车窗、电动门、电控门锁) 、碰撞数据记录、紧急事件自动通报系统等。

主动安全技术包括预防安全技术 (正常行驶) 和预警安全技术 (事故前) 。预防安全技术由巡航控制系统、驾驶员监测技术、路况监测技术、车况监测技术、恶劣气候指示技术、紧急疾病预警技术、自适应可变照明系统、车窗玻璃表面处理系统、风窗玻璃映像显示技术 (全息摄影) 、侧手柄控制技术等:预警安全技术又分为统一底盘控制技术和防撞控制技术, 统一底盘技术包含自动变速器、速度控制动力转向系统及电子控制四轮转向系统、全自动空气悬架系统、全电子制动系统BBW、胎压智能检测系统、翻滚躲避系统等, 防撞技术包含障碍警告系统、自动减速系统、高适应性快速系统、紧急制动先期警告系统等。汽车主动安全性能主要包括照明灯和信号灯的性能、汽车前/后视野性能、操纵性能、制动性能以及轮胎性能等, 其中最重要的是操纵性能。

被动安全防护装置就是如何在事故发生后减少损害。过去汽车设计主要考虑被动安全的设计, 并且绝大部分设计是在特定的碰撞状态下提供保护。这些技术和措施己经远远不能满足现代交通环境下对汽车安全性的要求。把以碰撞安全为核心的传统被动安全技术发展为以预防为核心的现代主动安全技术己经成为现代交通的迫切要求, 而以先进电子、通讯、控制及信息技术在汽车上的应用为特征的新一轮汽车技术革命为此提供了可能。

汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵轻便程度, 而且也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能, 所以人们称之为“高速车辆的生命线”。因此, 汽车操纵稳定性的研究是汽车安全技术研究的核心。汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下, 汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶, 且当遭遇外界干扰时, 汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。汽车的操纵稳定性与轮胎、悬架、转向系和传动系等有关, 过去一直只限于在这些方面进行改进来提高汽车固有的操纵稳定性。80年代各汽车公司陆续开发、生产了多种显著改善操纵稳定性的电子控制系统。目前在汽车上安装的这类改善操纵稳定性的主动安全系统主要有电子控制防抱死制动系统 (ABS) , 驱动防滑系统 (ASR) 、四轮转向 (4WS) 和四轮驱动 (4WD) , 汽车动力学稳定性控制系统 (VDC) 等。最初的汽车稳定性控制概念是在ABS和ASR的基础上加以算法上的改进, 使之能部分解决汽车的稳定性问题, 但此时的系统还不能称之为汽车稳定性控制系统, 只是在ABS和ASR基础上的改进。在上世纪90年代初, 通过对车辆稳定性的理论分析, 提出了直接对汽车横摆运动进行控制的概念, 它通过采集方向盘转角的信息来判断驾驶员的转向意图, 并通过制动力或驱动力在车轮上的分配来调节汽车的横摆运动, 直接保障汽车的稳定性, 这标志着汽车稳定性控制概念的出现。但考虑到系统的成本, 最早出现的稳定性控制所用的传感器很少, 汽车的横摆角速度大多是通过内外车轮的转速差间接估计得到的, 因此在一些汽车行驶的复杂工况下很难保证汽车的稳定。1 9 9 5年之后, 随着F o r d.TOYOTA等公司相继推出了使用横摆角速度和侧向加速度传感器的新一代汽车稳定性控制系统, 汽车稳定性控制的基本形式得到了确认。在这一阶段, 基于这种组成结构的汽车稳定性控制算法开始大量出现, 其中Bosch的VDC是其中比较典型的控制方法之一, 它采用车辆实际运行状态与车辆理想运行状态的误差反馈来决策汽车的横摆力矩, 并通过对制动器或对发动机的控制实现对汽车横摆运动的调节, 这一控制方法也是现在汽车稳定性控制中比较常用的控制方法。由于在汽车稳定性控制中所需要的车辆运行状态并不能完全由传感器直接测量得到, 因此如何通过测量的车辆状态推测不易测量的车辆状态或路面的状态是目前汽车稳定性控制的研究热点, 己经有大量的状态估计方法出现, 大大改善了控制系统的可靠性。近几年来, 有一些学者开始尝试用现代控制理论的一些控制方法进行汽车稳定性控制, 并取得一些控制效果。

随着汽车底盘动力学发展, 集成控制是今后发展的方向, 汽车稳定性控制将综合考虑对制动系统、悬架系统和转向系统的协调控制, 并共享传感器信号, 进一步提高汽车的稳定性。

摘要：目前交通安全问题已成为世界性的社会问题, 并引起了各国的高度重视。研究发现25%的导致人员伤亡的交通事故和60%致命的交通事故主要归咎于侧滑。因此开展车辆稳定性控制系统的研究有着极为重要的社会意义和经济意义。

关键词：交通安全,侧滑,车辆稳定性