汽车稳定性分析及控制策略研究

邹辉、汪文芳

（江铃汽车股份有限公司 330200)

1 汽车失稳原因

研究发现，汽车轮胎的非线性区间容易出现失稳现象，且随着车轮侧偏角的不断增大，其侧向力会逐步进入饱和状态。在饱和状态下，前轴产生的侧滑会使汽车与操作人员预设的轨迹发生偏移，而后轴产生的侧滑会使汽车发生甩尾等严重事故。

汽车失稳的成因复杂，其中包括以下几点：第一，如果汽车在行驶中产生转向过度特性，即由汽车纵、侧向加速度引起的轴荷转移，会使汽车从转向不足向转向过度转变，引起汽车失稳；第二，如果汽车轮胎在制动或驱动时产生侧向力，便会降低轮胎侧偏刚度，从而引起前或后轴侧滑失稳；第三，汽车的横摆角速度滞后，若汽车突变车道，这一滞后现象便会使汽车在转向时产生较大的横摆力矩，继而使汽车产生较大的质心侧偏角，从而引起汽车失稳；第四，在汽车行驶中，其轮胎与地面的摩擦系数不尽相同，所以会改变汽车的运行姿态，同时道路不平、侧向风等对汽车的影响也会改变其运行状态，引起汽车失稳；第五，操作人员在突发意外时慌忙操控汽车而使其驶进非线性区，并使汽车产生较大的质心侧偏角，而使其失去稳定性[2]。

2 汽车稳定性的控制策略

汽车稳定性的控制具有时变性和非线性的特征且十分复杂，其中汽车稳定性控制的关键是控制轮胎纵、侧向力的分布，而轮胎的纵、侧向力又受到滑移率、侧偏角和垂直载荷等因素影响。

2.1 汽车制动防抱死系统

在一边运动一边滑移状态下，汽车车轮与地面的附着力远比抱死状态下车轮与地面的附着力大。所以利用汽车制动防抱死（ABS）系统既可防止汽车侧滑，又可最大限度缩小汽车的制动距离，继而使汽车的滑移率降至20%，由此提高了汽车的制动效果。

2.2 汽车牵引力控制系统

汽车牵引力控制（TCS）系统是一种防滑转控制系统，即利用轮速传感器信号来对从动轮与驱动轮进行比较分析，若从动轮的转速比驱动轮小，则对驱动轮的转速进行控制。与ABS系统相比，相同点是TCS与ABS系统都用制动调节器和转速传感器来调节车轮的运转状态，但TCS系统对汽车稳定性控制的效果更好。例如，在湿滑路面上，汽车的驱动轮易在汽车加速时滑转，其中前轮滑转会使汽车失控并向一侧偏移；后轮滑转会使汽车甩尾，但TCS系统可减轻或避免汽车在加速时发生滑转现象，从而使汽车按预定轨迹行驶[3]。

2.3 汽车稳定性控制系统

汽车稳定性控制（ESP）系统主要由轮速传感器、横向加速度传感器、方向盘转角传感器、横摆角速度传感器、液压控制系统和发动机管理电子控制单元EUC组成。控制汽车稳定性的关键是控制汽车车轮的滑移率，而ESP系统的任务正是如此，即各加速度传感器协同控制汽车运行的稳定性，具体如下：一是通过检测和计算汽车方向盘转角的信号，可确定操作人员的操作意图；二是通过分析处理横摆角速度传感器和横向加速度传感器的信号，可确定汽车在运行中实时工况的改变，然后再分析对比理想参数与实际参数，若两者的偏差比设定的偏差大，则表明汽车运行失稳且方向失控。为此，ESP系统的电子控制单元ECU便会输出一个等值的补偿力矩来恢复汽车的稳定性，且在必要时，亦可通过调节发动机转速来降低驱动力，从而实现对汽车稳定性的有效控制[4]。

3 结束语

汽车稳定性控制是汽车主动安全技术体系的重要内容，是促进汽车行业可持续发展的必然要求，所以深入开展汽车稳定性控制的研究具有现实价值。