侧倾稳定性判据有效性验证的研究成果

本章采用归一化后的零力矩点横向偏移y-ZMP作为无人驾驶车辆的侧倾稳定性判据。为了验证此侧倾稳定性判据的有效性，选择了鱼钩试验和J-Turn试验这两种比较通用的对车辆进行稳定性评价的试验方法展开研究。在MATLAB/Simulink与CarSim联合仿真平台下，设定路面的附着系数为0.8，按照上述两个试验的标准进行仿真实验，并将y-ZMP与横向载荷转移率(LTR)进行对比。

1.鱼钩试验

鱼钩试验从0时刻开始转向并记录数据，转向盘转角输入如图8.11(a)所示，即转角以720°/s匀速增大，当转角达到294°时保持0.25 s，然后再用以720°/s匀速反向转动转向盘至-294°时保持3 s。

图8.11　鱼钩试验和J-Turn试验的转向盘输入

(a)鱼钩试验转向盘输入；(b)J-Turn试验转向盘输入

仿真实验分别以50 km/h、70 km/h、90 km/h和111 km/h的车速进行，由于横向载荷转移率(LTR)可以直观地表示车辆一侧的轮胎是否抬起，是一种比较准确的车辆侧倾分析指标，因此通过将其与归一化后的零力矩点横向偏移ZMP进行对比分析，可以验证本书所提出的侧倾稳定性判据的有效性。

鱼钩试验中归一化后的零力矩点横向偏移ZMP与横向载荷转移率的对比结果如图8.12所示。其中，长虚线为鱼钩试验过程中的横向载荷转移率(LTR)，实线为ZMP，点画线表示车辆一侧轮胎抬起、车辆发生侧倾的阈值，可以看出，ZMP能够与LTR有效地重合，而且相比于LTR更为保守，可以用来预防车辆的侧倾危险。

另外，随着车速的提高，LTR在矩形区域内达到阈值，此时车辆一侧轮胎的垂直载荷为零，标志着一侧轮胎已经离地。而ZMP与横向载荷转移率(LTR)在矩形区域中也有了显著的差异，这是受到了本书所建立的车辆等效动力学模型限制，不能预测车辆一侧轮胎已经离地之后的状态，但此缺陷可通过对ZMP的范围进行约束来避免。

(www.xing528.com)

图8.12　鱼钩试验中归一化后的零力矩点横向偏移与横向载荷转移率对比

(a)车速50 km/h时的对比结果；(b)车速70 km/h时的对比结果；(c)车速90 km/h时的对比结果；(d)车速110 km/h时的对比结果

2.J-Turn试验

J-Turn试验从0时刻开始记录数据，转向盘转角从第1 s开始转动，转向盘转角输入如图8.11(b)所示，即转角以1 000°/s匀速增大，当转角达到270°时保持4 s，然后再用2 s的时间匀速反向转动转向盘至0°。

J-Turn试验归一化后的零力矩点横向偏移ZMP与横向载荷转移率的对比结果如图8.13所示。其中，长虚线为J-Turn仿真测试过程中的横向载荷转移率(LTR)，实线为ZMP。可以看出，ZMP能够与LTR有效地重合，从而验证了侧倾稳定性判据的有效性。

图8.13　J-Turn试验归一化后的零力矩点横向偏移与横向载荷转移率对比

(a)车速60 km/h时的对比结果；(b)车速80 km/h时的对比结果；(c)车速100 km/h时的对比结果；(d)车速120 km/h时的对比结果