目前,由于国内汽车保有量的增加,交通环境日趋复杂,交通安全逐渐引起了人们的重视。与一般的交通事故相比,汽车侧翻常常会造成更高的伤亡率且容易带来二次交通事故,给人们的生命和财产安全带来不可挽回的损失。因此,设计一套有效的汽车主动防侧翻控制系统,以减少甚至避免侧翻事故的发生,具有十分重要的社会意义。本文在已有研究的基础上,系统性地分析了汽车侧翻的动力学机理,并进行了基于主动转向的汽车主动防侧翻鲁棒控制的理论研究。主要研究内容和创新点如下:1.建立了一般的汽车系统非线性动力学模型,并在一定合理假设的基础上得到用于控制器设计的线性模型。为了研究侧翻机理,建立了一般的载荷转移系数(Load Transfer Ratio,LTR)模型。基于该模型,对侧翻的影响因素及对应的防止侧翻的方法进行了分析。研究了侧倾角对LTR的影响,并创新性地提出了对于重型汽车可以从簧上质量的动力学空间的角度来理解侧翻机理的方法。2.为在线观测汽车侧滑角的大小,克服传统线性观测器鲁棒性差、收敛慢等缺陷,本文基于滑模理论设计了非线性滑模侧滑角观测器。同时,本文提出了一种基于运动学及动力学模型相结合的鲁棒观测器,该观测器同时具有动力学观测器噪音小以及运动学观测器鲁棒性好的优点。3.分别对重型汽车和一般乘用汽车的主动转向防侧翻问题进行了研究,提出了对于重型汽车,由于转向时悬架会引起较大的重心转移,汽车的侧倾运动不能忽略的观点;以及相反地,对于一般的乘用汽车,由于侧倾角较小,侧倾运动对LTR的影响较小,因此可以忽略不计的观点。针对两类汽车分别设计了滑模控制器,仿真表明,相比于开环汽车,闭环汽车可以有效地将LTR限制在设计的阈值内。4.为克服传统防侧翻控制器把车速作为常数而将汽车简化为一个线性参数不变(Linear Parameter Invariant,LPI)系统所带来的控制器鲁棒性差的问题,本文采用Udwadia-Kalaba伺服控制理论来进行主动防侧翻设计。基于约束运动基本方程(Fundamental Equation of Constrained Motion,FECM)的控制可以处理线性参数变化(Linear Parameter Variant,LPV)系统。通过提前设计防侧翻约束,基于FECM的控制器得到名义控制输入,并产生参考汽车状态信号。为考虑系统不确定性的影响,设计了广义滑模控制器以保证汽车状态跟踪参考值。仿真结果表明,在车速变化下,与传统滑模控制器相比,该控制器具有更好的鲁棒性及更少的能量消耗。5.为了考虑系统的参数不确定性,提出了汽车主动防侧翻自适应鲁棒控制。在约束设计中,通过设计加权系数对侧向位移和横摆角速度对LTR的贡献进行设计。控制器有三部分构成,基于FECM的名义控制产生主要的控制输入,系统的初始位置误差由反馈控制补偿。在自适应控制中,设计了漏损型的自适应律,通过自适应参数的自动更新来补偿系统不确定性及干扰。仿真表明提出的控制器具有较好的性能,保证了侧向加速度快速收敛到期望值,且控制输入波动较小。