答辩公告

学位论文简介

追求更加卓越的安全性和舒适性是汽车技术发展的重要方向，提升车辆的侧向、侧倾稳定性以及行驶平顺性则是两大发展方向的核心体现。面向提升车辆稳定性与舒适性需求，本文围绕悬架系统与转向系统的集成控制，开展了考虑底层执行系统的动力学建模、车辆关键参数的识别与状态估计、多模式切换的液压互联悬架控制研究、主动前轮转向介入时机及其判断方法研究、基于相平面法的侧向与侧倾稳定域研究、悬架系统与转向系统多目标切换准则与协调控制研究。取得了以下主要创新性研究成果：

(1)基于液压互联架构的悬架系统主动控制时，蓄能器的体积变化、液压缸工作状态及液压泵流量控制三者紧密关联，产生了更复杂的耦合问题和动力学响应特性。先前的主动控制研究基本上采用简化的控制模型或基于模糊控制等无模型方法，难以体现液压互联系统主动控制的瞬态响应特性及可行性；论文建立了基于液压互联架构的主动悬架系统在外流量输入下的“机械-液体-气体”强耦合非线性数学模型，为“机械-流体”多场耦合的控制系统建模提供参考；同时，考虑底层执行系统动力学特性，以在其能力范围内检验控制系统的可行性和有效性。

(2)从被动液压互联悬架垂直模态和侧倾模态的刚度特性、阻尼特性及频率响应特性出发，考虑节能与侧倾稳定性双重需求，提出了被动/主动可切换液压互联悬架抗侧倾控制方法；考虑被动/主动切换控制存在的时滞性，通过一阶泰勒展开预测侧向加速度，并改进Smith预估补偿方法将之融入非线性控制器，确保时滞控制系统的稳定性；鉴于互联模式将左、右悬架耦合而导致无法改善车辆平顺性，但却提供更大的侧倾刚度这一特点，提出面向需求的非互联平顺性控制与互联抗侧倾控制的双模式切换控制，考虑底层液压执行系统动力学特性，完成液压互联双模式可切换的非线性控制系统设计。

(3)AFS作为一种应急控制技术，目前对其介入准则的研究不够充分，可能导致：若AFS介入的时机过早，车辆还有一定的稳定裕度，主动干预反而可能引起驾驶员不适；介入的时机过晚，则失稳风险增大，甚至无法将车辆恢复至稳定状态。针对此问题，论文以轮胎进入非线性区域作为主动前轮转向介入准则，提出了一种轮胎线性/非线性工作状态快速判断办法，即通过比较车轮转角与某一与路面附着系数相关的临界值之间的大小，便可较准确地判断轮胎侧向力的工作状态。

(4)考虑路面附着系数的约束，采用“质心侧偏角-质心侧偏角速度”相平面法，分别得到横摆角速度和质心侧偏角相平面稳定域，为横摆角速度和质心侧偏角加权控制提供加权系数计算依据，为AFS进行多目标切换控制提供理论指导，为IASS模式在平顺性控制及改善操稳性控制的控制目标切换提供依据；改进“车身侧倾角-车身侧倾角速度”相平面稳定域，为车辆主动抗侧倾控制提供介入准则，同时将之作为双模式主动悬架平顺性控制与抗侧倾控制的切换依据；基于上述全面的相平面稳定域，为悬架、转向系统的多目标分层协调控制提供协调准则，融合参数辨识与状态观测，为集成控制提高信息保障，实现车辆的舒适性和稳定性的综合提升。

主要学术成果

[1]Wu Xiaojian, Zhou Bing^*, Wen Guilin. Intervention Criterion and Control Researches for Active Front Steering with Consideration of Road Adhesion .Vehicle system dynamics.2018 Vol.56，No.6,pp553-578. SCI源

[2] Zhou Bing,Wu Xiaojian^*, Wen Guilin. Dual-mode switched control of suspension with consideration of actuator dynamics, International Journal of Vehicle Design. 2017 Vol.74, No.2, pp.106-133.SCI源

[3]周兵,吴晓建^*,文桂林.基于μ综合的整车主动悬架鲁棒控制研究[J].振动工程学报，2017, 30(6)：1029-1037. EI源

[4]吴晓建,周兵^*,文桂林.考虑作动器动力学的半车主动互联悬架抗恻倾控制研究[J].振动与冲击, 2017, 36(12):150-154. EI源

[5]吴晓建,周兵^*,文桂林.液压互联悬架抗侧倾控制研究[J].中国公路学报.录用. EI源

[6] Cui Qingjia，Ding Rongjun，Zhou Bing^*，Wu Xiaojian. Path-tracking of an autonomous vehicle via model predictive control and nonlinear filtering[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part D: Journal of Automobile Engineering, 2017:095440701772819. SCI源

[7]吴晓建,王洪鑫,周兵,文桂林.基于UKF的车辆状态估计[C]，中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会, 2017.08，中国：北京.(分会场报告)

[8]吴晓建,周兵,文桂林.一种双模式可切换的主动控制悬架,发明专利, ZL201510393841.8

[9]周兵,吴晓建,文桂林.一种轮胎侧向力线性-非线性工作状态快速判断方法,发明专利, 201710280613.9