汽車(chē)穩(wěn)定性分析及控制策略研究

摘要：在汽車(chē)行進(jìn)過(guò)程中，汽車(chē)穩(wěn)定性是保障汽車(chē)安全的重要性能，即指汽車(chē)不發(fā)生側(cè)翻、側(cè)滑和偏移的性能。本文中筆者首先分析汽車(chē)失穩(wěn)的原因，然后再進(jìn)一步提出有效的控制策略^[1]。

關(guān)鍵詞：汽車(chē);失穩(wěn)原因;穩(wěn)定性控制

中圖分類(lèi)號(hào)：U462 文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1汽車(chē)失穩(wěn)原因

研究發(fā)現(xiàn)，汽車(chē)輪胎的非線(xiàn)性區(qū)間容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，且隨著車(chē)輪側(cè)偏角的不斷增大，其側(cè)向力會(huì)逐步進(jìn)入飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)下，前軸產(chǎn)生的側(cè)滑會(huì)使汽車(chē)與操作人員預(yù)設(shè)的軌跡發(fā)生偏移，而后軸產(chǎn)生的側(cè)滑會(huì)使汽車(chē)發(fā)生甩尾等嚴(yán)重事故。

汽車(chē)失穩(wěn)的成因復(fù)雜，其中包括以下幾點(diǎn)：第一，如果汽車(chē)在行駛中產(chǎn)生轉(zhuǎn)向過(guò)度特性，即由汽車(chē)縱、側(cè)向加速度引起的軸荷轉(zhuǎn)移，會(huì)使汽車(chē)從轉(zhuǎn)向不足向轉(zhuǎn)向過(guò)度轉(zhuǎn)變，引起汽車(chē)失穩(wěn);第二，如果汽車(chē)輪胎在制動(dòng)或驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生側(cè)向力，便會(huì)降低輪胎側(cè)偏剛度，從而引起前或后軸側(cè)滑失穩(wěn);第三，汽車(chē)的橫擺角速度滯后，若汽車(chē)突變車(chē)道，這一滯后現(xiàn)象便會(huì)使汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生較大的橫擺力矩，繼而使汽車(chē)產(chǎn)生較大的質(zhì)心側(cè)偏角，從而引起汽車(chē)失穩(wěn);第四，在汽車(chē)行駛中，其輪胎與地面的摩擦系數(shù)不盡相同，所以會(huì)改變汽車(chē)的運(yùn)行姿態(tài)，同時(shí)道路不平、側(cè)向風(fēng)等對(duì)汽車(chē)的影響也會(huì)改變其運(yùn)行狀態(tài)，引起汽車(chē)失穩(wěn);第五，操作人員在突發(fā)意外時(shí)慌忙操控汽車(chē)而使其駛進(jìn)非線(xiàn)性區(qū)，并使汽車(chē)產(chǎn)生較大的質(zhì)心側(cè)偏角，而使其失去穩(wěn)定性^[2]。

2汽車(chē)穩(wěn)定性的控制策略

汽車(chē)穩(wěn)定性的控制具有時(shí)變性和非線(xiàn)性的特征且十分復(fù)雜，其中汽車(chē)穩(wěn)定性控制的關(guān)鍵是控制輪胎縱、側(cè)向力的分布，而輪胎的縱、側(cè)向力又受到滑移率、側(cè)偏角和垂直載荷等因素影響。

2.1汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)

在一邊運(yùn)動(dòng)一邊滑移狀態(tài)下，汽車(chē)車(chē)輪與地面的附著力遠(yuǎn)比抱死狀態(tài)下車(chē)輪與地面的附著力大。所以利用汽車(chē)制動(dòng)防抱死（ABS）系統(tǒng)既可防止汽車(chē)側(cè)滑，又可最大限度縮小汽車(chē)的制動(dòng)距離，繼而使汽車(chē)的滑移率降至20%，由此提高了汽車(chē)的制動(dòng)效果。

2.2汽車(chē)牽引力控制系統(tǒng)

汽車(chē)牽引力控制（TCS）系統(tǒng)是一種防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，即利用輪速傳感器信號(hào)來(lái)對(duì)從動(dòng)輪與驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行比較分析，若從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速比驅(qū)動(dòng)輪小，則對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。與ABS系統(tǒng)相比，相同點(diǎn)是TCS與ABS系統(tǒng)都用制動(dòng)調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)調(diào)節(jié)車(chē)輪的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，但TCS系統(tǒng)對(duì)汽車(chē)穩(wěn)定性控制的效果更好。例如，在濕滑路面上，汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪易在汽車(chē)加速時(shí)滑轉(zhuǎn)，其中前輪滑轉(zhuǎn)會(huì)使汽車(chē)失控并向一側(cè)偏移;后輪滑轉(zhuǎn)會(huì)使汽車(chē)甩尾，但TCS系統(tǒng)可減輕或避免汽車(chē)在加速時(shí)發(fā)生滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象，從而使汽車(chē)按預(yù)定軌跡行駛^[3]。

2.3汽車(chē)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

汽車(chē)穩(wěn)定性控制（ESP）系統(tǒng)主要由輪速傳感器、橫向加速度傳感器、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器、橫擺角速度傳感器、液壓控制系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)管理電子控制單元EUC組成?？刂破?chē)穩(wěn)定性的關(guān)鍵是控制汽車(chē)車(chē)輪的滑移率，而ESP系統(tǒng)的任務(wù)正是如此，即各加速度傳感器協(xié)同控制汽車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定性，具體如下：一是通過(guò)檢測(cè)和計(jì)算汽車(chē)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角的信號(hào)，可確定操作人員的操作意圖;二是通過(guò)分析處理橫擺角速度傳感器和橫向加速度傳感器的信號(hào)，可確定汽車(chē)在運(yùn)行中實(shí)時(shí)工況的改變，然后再分析對(duì)比理想?yún)?shù)與實(shí)際參數(shù)，若兩者的偏差比設(shè)定的偏差大，則表明汽車(chē)運(yùn)行失穩(wěn)且方向失控。為此，ESP系統(tǒng)的電子控制單元ECU便會(huì)輸出一個(gè)等值的補(bǔ)償力矩來(lái)恢復(fù)汽車(chē)的穩(wěn)定性，且在必要時(shí)，亦可通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)降低驅(qū)動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)穩(wěn)定性的有效控制^[4]。

3結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)穩(wěn)定性控制是汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)體系的重要內(nèi)容，是促進(jìn)汽車(chē)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求，所以深入開(kāi)展汽車(chē)穩(wěn)定性控制的研究具有現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

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