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随着国内汽车保有量和驾驶员数量的连年增加,汽车行驶安全以及事故预防等问题越来越受重视,因此乘用车稳定性控制系统(ESC,Electronic Stability Control)引起了广泛的关注。ESC可以有效降低车辆在紧急避障时交通事故发生率,是车辆主动安全技术的重要汽车配件。国内乘用车装配的ESC主要是由国外公司提供,因此针对ESC技术的研究以及产品开发具有重要的现实意义。本文的研究是在校企合作项目基础上完成的,合作项目为“乘用车电子稳定性控制系统开发”,该项目是以乘用车为研究对象,以汽车动力学和现代控制理论为研究手段,主要对ESC系统中车辆状态参数估计、分层控制策略、制动轮缸压力估计以及压力控制算法进行了研究。本文主要的研究工作有:(1)基于IMM-SRCKF滤波的车辆行驶状态参数估计与算法仿真验证。分析了车辆状态参数估计方法的研究动态,建立基于线性轮胎模型和非线性轮胎模型的两种车辆模型,采用多模型交互-平方根容积卡尔曼滤波(IMM-SRCKF,Interacting Multiple Model-Square Root Cubature Kalman Filter)算法进行质心侧偏角以及其他状态参数的估计:SRCKF负责计算两种车辆模型的状态参数估计值;两个车辆模型构建的滤波器算法同样会计算残差信息以及先验信息,IMM算法根据残差信息和先验信息计算得到模型概率值,然后根据模型概率值对两个滤波器的参数估计值进行加权融合后作为最终值。文中阐述了路面附着系数的估计方法以及侧向加速度传感器输出数据的修正方法。采用Simulink和Carsim软件联仿的方式进行多工况算法验证,仿真结果表明本文所提算法不仅能够在坡道上准确估计质心侧偏角和轮胎力,还可以根据路况调整IMMSRCKF滤波中滤波器的模型概率值,确保在各个工况下准确获得质心侧偏角以及轮胎力等参数。(2)基于直接横摆力矩控制(Direct yaw moment control,DYC)和发动机转矩调节(Engine Torque Control,ETC)配合的乘用车ESC控制策略研究及其验证。对基于分层的DYC算法和ETC算法进行了研究现状分析。控制策略的上层控制算法包括直接横摆力矩算法和发动机转矩调节算法,汽车稳定性判断和控制算法介入时机由b-b(5)相平面法和纵向速度门限值法来确定。直接横摆力矩控制采用滑模变结构控制算法,其目标值依据线性二自由度车辆模型计算得到。发动机转矩调节是通过模糊算法得到的,模糊算法的输入值为车辆状态参数以及驾驶员输入,发动机转矩调节的输出值通过CAN总线发送给发动机管理单元,以此实现发动机输出转矩调整。下层控制主要包括横摆力矩的分配方法和轮缸目标制动压力的计算方法。通过Simulink和Carsim软件联仿进行算法验证,验证工况为正弦迟滞和方向盘增幅工况,分别做了无算法控制、单独DYC控制、DYC和ETC配合控制三种情况仿真,仿真结果表明DYC和ETC控制策略能够有效保证车辆行驶稳定性,改善车辆在极限工况下的操纵性。(4)液压执行单元(Hydraulic Control Unit,HCU)建模与轮缸压力控制算法的研究。文中分析了轮缸压力估计和压力控制的研究现状,对HCU各部件的数学模型进行了研究,使用液压仿真软件AMESim建立了HCU的液压模型,设计了基于制动轮缸P-V特性的轮缸压力估计方法:轮缸增压时以进油阀数学模型为基础,通过SRCKF算法估计当前控制周期流入轮缸的制动液流量;轮缸减压时出油阀完全打开,根据出油阀打开关闭时间确定制动液流量;依据增压和减压阶段流量确定轮缸内制动液体积,然后根据制动轮缸P-V特性确定轮缸压力。轮缸压力控制部分则设计了基于滑模控制算法的进油阀控制方法和基于减压-保压的出油阀控制方法。主动增压部分主要研究了电机控制以及转换阀控制。文中采用Simulink和AMESim软件联仿对轮缸压力估计和压力控制以及主动增压进行了验证。(5)硬件在环仿真平台实验及实车验证。设计硬件在环仿真台架,详细说明ESC台架实验所需的传感器等部件。由于ESC控制算法计算得到的轮缸目标制动压力需要依靠HCU实现,因此设计了底层驱动电路板,包括电磁阀驱动电路、柱塞液压泵驱动电路、CAN总线电路、主缸压力传感器电源以及AD采集电路等,依靠底层驱动电路板实现Micro Autobox控制器和HCU电气连接。在台架实验部分,主要做了压力控制实验和ESC控制策略方面的验证,最后对实验车辆改装,通过冬季低附实验和夏季高附场地实验,在场地实验中采用正弦迟滞和双移线工况对本文算法进行验证。