无人车稳定性控制系统强化

车辆的操纵稳定性与轮胎的侧偏力密切相关。当汽车在轮胎线性区域行驶时，驾驶员可以控制汽车保持稳定的运动状态，不易发生失稳；而当汽车进入轮胎非线性区域时，由于轮胎的侧向力已经趋近或者达到饱和状态，一旦发生失稳危险，则很难通过对转向盘或者制动系统的控制让汽车恢复到稳定行驶状态，此时就需要汽车的稳定性控制系统发挥作用来纠正车辆的行驶状态。

传统汽车的稳定性控制系统针对的主要是横摆、侧滑和侧倾等动力学约束。其中，防止车辆横摆和侧滑的稳定性控制系统通常被称为横摆稳定性控制系统，或者是电子稳定程序，而防止车辆侧倾的稳定性控制系统被称为主动侧倾稳定性控制系统。常见的车辆稳定性控制方法主要包括主动悬架控制[84]、直接横摆力矩控制(Direct Yaw-moment Control，DYC)[85]和主动转向控制(Active Front Steering，AFS)[86]等。主动悬架控制，又被称为侧偏刚度分配控制，其基本原理是根据汽车运动状态反馈，改变前、后轴的载荷分配，使得汽车前、后轮的侧偏刚度产生变化，进而改变汽车的行驶状态，以保证其稳定性。此方法的局限性在于要求车辆装配有主动悬架系统，可能会导致汽车结构复杂化。直接横摆力矩控制，也称差动制动控制，主要通过对车辆的每个车轮施加制动力来改变车辆的运动状态，尤其适用于低附着系数路面下的高速行驶。主动转向控制则在线控技术的基础上，通过对驾驶员转向操作进行纠正或者补偿来改善和调整汽车在轮胎线性区域内的操纵稳定性，该方法可以在一定程度上防止较大质心侧偏角的产生。但是当轮胎进入非线性区域，即侧向力趋向于饱和状态时，改变车辆前轮偏角对其侧偏角的影响很小，此时主动转向控制对于车辆操纵稳定性的改善基本失效[87]。

主动侧倾稳定性控制系统也有大量的研究成果，尤其是对运动多功能车辆和重型车辆。例如针对重型货车研发的侧倾稳定性控制系统，能够利用传感器检测车辆的侧倾状态，当车辆侧倾接近危险程度时进行纠正干预，通过差动制动实现侧倾稳定性控制。此外，主动横向稳定杆系统能够通过调节稳定杆在悬架上的作用，降低车辆在转弯时的侧倾程度，也受到人们的关注。(www.xing528.com)

通过对传统汽车稳定性控制系统研究现状的分析，可以看出虽然现有的控制方法已经取得了较好的效果，但是仍然无法满足无人驾驶车辆在高速工况下保持操纵稳定性的需求。主要表现在以下几个方面：首先，传统的稳定性控制系统没有考虑道路曲率和侧向坡度角等因素对车辆操纵稳定性的影响，因此难以在复杂道路情况下保持车辆稳定性。而无人驾驶车辆通常具有较高的环境感知和信息处理能力，若能在进行轨迹跟踪控制时充分利用道路环境信息，则可以进一步提高车辆的稳定性。其次，传统的稳定性控制系统只在车辆失稳或者即将失稳时发挥作用，难以有效保证车辆的行驶安全。如果能够结合车辆动力学模型预测其在未来一段时间内的状态，进而生成满足车辆操纵稳定性的行驶轨迹，则可以有效地减少或者避免危险发生。最后，传统的稳定性控制系统通常只针对横摆稳定性或者侧倾稳定性中的一个方面。然而，高速行驶的无人驾驶车辆需要对其操纵稳定性进行综合考虑，从而充分保证其行驶安全。

鉴于上述传统的汽车稳定性控制系统的局限性，研究针对无人驾驶车辆的操纵稳定性控制方法，实现其在复杂道路环境下的稳定性控制是十分必要的。