摘要
运动型多功能汽车（Sport Utility Vehicle, SUV）是近年来新崛起的一种车型，底盘高、视野好、空间大，兼具越野车的动力性、通过性以及轿车的舒适性。但由于质心位置较高，SUV侧翻危险性明显偏高。本文以SUV为对象，研究SUV车轮离地前后侧翻稳定性并进行主动防侧翻控制。根据系统动力学理论，对SUV车轮离地侧翻过程进行动力学建模；推导了车辆的动态侧翻阈值条件，提出一种新的能量法侧翻评价指标；引入了主动喷气式防侧翻控制装置，设计了集成防侧翻控制策略。通过Carsim/Simulink联合仿真，在不同侧翻工况下对所设计的控制策略进行了验证。本文的主要研究内容如下：（1）根据系统动力学理论，对SUV车轮离地型侧翻进行了动力学系统建模与验证。根据车辆的侧倾程度对侧翻过程进行了阶段划分；针对车轮离地前、后不同侧翻演化阶段，建立了分段式侧翻动力学模型及车辆各子系统模型，包括SUV出现侧翻危险但车轮尚未离地阶段，以及由于侧翻程度进一步加剧而使得单侧车轮离地悬空、车辆仅以接地一侧车轮行驶阶段的侧翻动力学模型。通过Carsim/Simulink联合仿真实验验证了所建立侧翻动力学模型准确、有效。（2）考虑储备能量的影响，提出了一种新的汽车侧翻能量法评价指标。以车轮离地前后侧翻动力学模型为基础，推导了SUV动态侧翻阈值条件；运用能量法分析了车辆侧翻过程中各种能量成分及相互转化关系；提出了基于能量法的侧翻评价指标，并对指标的准确性和有效性进行了对比验证。（3）针对SUV车轮离地型侧翻，研究了主动防侧翻控制器和控制策略。设计了一种新的防侧翻控制装置——主动喷气系统，在车辆出现侧翻危险时向侧倾方向迅速喷射大量气体，通过气体的反推力形成抗侧倾力矩；设计了基于主动喷气系统和主动转向的集成防侧翻控制策略，其中主动喷气系统采用模糊逻辑控制，主动转向系统则采用分层控制，其中上层控制为基于模型预测控制的前轮转角规划器，下层控制采用PID控制器跟随期望转角；在不同离地侧翻工况下对所设计集成防侧翻控制策略进行了验证。
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