秋季学期教学论文 张仕强_秋季常规教学论文

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汽车操作稳定性

摘要：主要论述汽车稳定性和稳定性，稳定性控制系统(DSC)是汽车主动安全电控系统的重要研究前沿，是需要进行重点突破的汽车主动安全控制系统。关键词：汽车 稳定性 控制系统

1引言

汽车动力学稳定性控制系统系统目前没有统一的命名。Bosch公司宣称，VDC是他们于1978年提供ABS、1986年提供ASR（即TCS）之后，投入市场的又一种性能优良的电子控制系统，是Bosch公司主动安全系统发展过程中的第三个里程碑。产品的名称后来定为电子稳定程序(ESP)。丰田公司称之汽车稳定性控制系统(VSC)或汽车稳定性辅助系统(VSA)，汽车电子稳定控制系统(ESC)，宝马公司称之汽车动力学稳定性控制系统(DSC)。尽管名称不尽相同。但在设计目标，控制策略，追求的性能上大体是相同的。

汽车操纵稳定性的研究，与汽车车速的不断提高有很大关系。早期的汽车车速慢，对汽车的操作稳定性没有很高的要求；最早提出操纵稳定性的问题，是在具有较高车速的赛车上。随着车速的不断提高，各种汽车在行驶中也都出现不同程度地出类似问题。稳定性不好的汽车，通常有以下的表现：

(1)“飘”：有时驾驶员没有发出转向指令，而汽车却不断改变行驶的方向，使人感到漂浮。

(2)“贼”：汽车不听驾驶员的操纵，突然地忽东忽西。

(3)“反应迟钝”：驾驶员转向指令虽已发出一段时间，但汽车还没有转向，或转向过程完成缓慢。

(4)“晃”：驾驶员给出稳定的转向指令，但汽车却左右摇摆，行驶方向难于稳定。

（5）丧失路感”：正常汽车的转弯程度，会通过转向盘在驾驶员手上产生相应的感觉。有些操纵稳定性不好的汽车，特别是在车速较高时或转向较剧烈时会丧失这种感觉。这会增加驾驶员操纵困难和影响驾驶员作出判断。

(6)“失去控制”：某些汽车在车速超过一个临界值之后或向心力加速度超过一定值之后，驾驶员不能控制汽车行驶方向。

汽车操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，能遵循驾驶者通过转向系及转向轮给定的方向行驶，且当遭遇到外界干扰时，汽车能抵抗干扰保持稳定行驶的能力。汽车操控稳定性不仅影响到汽车驾驶操纵方便程度，而且也决定高速行驶时的安全性，所以人们称之为“高速公路的生命线”。随着高速公路的发展和汽车技术的进步，公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化的趋势。现代轿车的设计最高时速一般都大于200km/h，有的运动型轿车甚至超过300km/h。汽车在高速公路上的行驶速度通常也都在lOOkm/h，其次驾驶员的非职业化发展趋势，使得车辆在高速行驶时出现了各种各样的稳定性问题。要求汽车具有更好的可控性和更高的行驶安全性。因此，汽车的操纵稳定性日益受到重视，成为现代汽车的重要使用性能之一。

汽车在行驶过程中，在偏离正常操作环境时。驾驶员的操作会引起车轮制动过大，造成车轮抱死，使汽车失去转向的能力;或在加速行驶时汽车发生滑转，使汽车不受控制，发生倒滑等险情;在危险工况下，由于惊恐造成对汽车的误操作，使得汽车发生急转,驶出,侧翻等事故,这就必须从整车动力学角度对汽车进行自动控制。

汽车控制是靠驾驶员对转向系统的操纵而进行的，在一般的操纵条件下能够达到要求，但汽车处于恶劣工作状态或紧急状况时，汽车的控制往往比较困难，而绝大多数交通事故就发生在这种非理想的驾驶状况下，所以在这些工况下增加辅助控制以提高汽车操纵性、稳定性是十分必要的。

DSC是在传统的汽车动力学控制系统ABS和TCS的基础上增加横向稳定控制器，从而能够在各种工况下提高汽车的动力性能-----全部、部分制动、滑移、驱动、发动机反拖、换挡以及从换挡到反拖的瞬态过程。

通过控制横向和纵向力的分布和幅度控制任何路况下欧洲事故调查中心对欧洲5国近5年交通事故进行了调查统计，结果表明：DSC能够对18%的交通伤害事故、34%的致命的交通事故产生一定的有利作用。

因此，在国外，特别是欧洲，越来越多的车型已将电子稳定性控制系统作为其标准配置，国内一些中高档车型也逐渐将其作为标准配置，2005年大约40％的新注册车辆配备了ESP，在高档车上，ESP已经成为了标准配置，中档车上的装配率也迅速提高，在紧凑型车上装配率稍低。北美和日本的ESP装配率上升也很快。

国外厂商为了开拓国内市场，在中国建立了多家独资或合资公司来开发研究提高汽车操纵稳定性的电子控制系统，为国内的整车产品匹配。国内对汽车操纵稳定性控制的研究起步较晚，目前仍然处于研究开发的初期，没有具备自主知识产权的产品。电子稳定性控制系统的装配率还比较低，以往通常只在高档车上才装配ESP，2006年上市的东风雪铁龙的凯旋、一汽大众的速腾和上海通用的君越都配有ESP。实验 1）实验方法 实验时，以100km/h的速度作（近似于）正弦曲线的蛇形行驶，正弦运动的周期为5s，最大侧向加速度为0.2g。实验在无风、水平的路面上进行。被实验的汽车要装有转向盘转角、转向盘转矩、车速与横摆角速度等传感器。

2）输入评价指标

（1）转向盘转矩为0时的汽车侧向加速度，它表示了汽车的回正的性能。（2）0g处的转向盘转矩，它表征了转向系中的库伦干摩擦。（3）0g处的转向盘转向梯度，它是0个出的转向盘转矩随汽车侧向加速度的变化。

（4）0.1g处的转向盘转矩，它表示了转向盘力的大小。

（5）0.1g处的转向盘转矩梯度。它是0g处转向盘转矩随汽车侧向加速度的变化率，表示了刚离开直线行驶时的“路感”。DSC发展历程描述

汽车动力学控制系统研究的目标是识别汽车和驾驶员的状态,并提供安全稳定性控制。动力学控制系统经历了以下发展的历程。

(1).DSC的基础-ABS与TSC 最先ABS由磁铁、线圈、齿轮及一个齿环构成。主要依靠齿轮的齿形造成磁路的开闭来进行工作。磁路的工作致使磁涡变化，在传感器的线圈产生电压。

ABS最先出现在汽车主动安全控制系统,它通过电控单元控制电磁阀的瞬时开断,从而控制制动压力,调节制动时轮胎的滑移,以达到车轮与地面的附着系数最佳.与ABS的控制原理类似,TCS的目的在于对驱动过程中轮胎滑转进行控制,从而使得汽车在驱动过程中获得较好的路面附着率。

(2).DSC的概念及形成ABS(包括TCS)控制的对象是轮胎的滑移,而DSC通过横向稳定控制和纵向稳定控制,实现汽车轮胎和路面的全滑移率区间的控制。

目前DSC的研发主要的核心问题是控制算法的开发,液压执行机构的设计,控制系统和整车的匹配,目前一套DSC的匹配需要经过两冬一夏的时间考核,因此研究快速高效的算法,匹配流程和方法是实现DSC自主开发的重点。此外，液压执行结构的设计生产也是制约自主研究的一个瓶颈，集成DSC系统,主动转向,自动换挡等底盘控制技术为一体的综合控制系统,对汽车上的主动控制系统进行整合,从而实现汽车的操纵稳定性的优化，是未来发展的方向。

参考文献：

汽车理论 第5版 清华大学 徐志生主编 机械工业出版社出版