1 引言

汽车在行驶过程中遇到突发情况时，驾驶者紧急制动需要在较短距离内将车停住，这时由于附着条件的限制往往会有较大的车身姿态的变化，使车辆发生摆头、方向失控或侧滑，尤其在低附着的湿滑路面危险性更大，从而降低了乘坐舒适性和安全性。考虑到主动悬架对提高汽车行驶平顺性的优势，以及底盘各子系统的集成化趋势，已有相关学者结合了主动悬架与制动系统[1-2]，通过两系统间联系和相互作用，提出了一些控制策略来提高车辆的平顺性和制动性能，也取得了一定的效果。但着重紧急制动这一危险工况下车身姿态改善的文献还不多，这里就紧急制动时利用主动悬架与制动系统的共同作用对俯仰姿态进行优化，考虑了紧急制动时车辆垂直载荷的转移以及车速变化对路面输入的影响，利用MATLAB/simulink进行仿真验证了控制策略的有效性。

2 半车动力学模型

在建立模型之前先作一些合理的简化和假设[3]：（1）选定汽车为直线行驶工况，忽略侧向力、滚动阻力、风阻和坡道阻力的影响。（2）假设汽车左右对称，认为路面对于左右车轮激励基本一致，忽略车身左右两边的相对运动。（3）忽略各部件的弹性作用，将悬架各部分看作刚体。（4）忽略轮胎阻尼，用线性弹簧代替轮胎刚度。

2.1 主动悬架系统模型

该模型[4]包括簧上质量质心处的垂向运动、车身俯仰运动和非簧载质量的垂向运动，如图1所示。

  

图1 半车主动悬架系统模型Fig.1 Active Suspension System in a Half-Car Model

该半车模型对应的运动微分方程为：

 

当车辆俯仰角位移θ变化范围较小时，前后簧载质量的垂直位移zf、zr与簧载质量的质心垂直位移zs有如下近似关系：

 

式中：ms—簧载质量；m1、m2—前后非簧载质量；zs—系统质心垂直位移；zf、zr—前后簧载位移；ztf、ztr—前后非簧载位移；qf、qr—前后路面激励；θ—俯仰角位移；kf、kr—前后弹簧静刚度系数；cf、cr—前后阻尼器静阻尼系数；ktf、ktr—前后轮胎刚度；Iy—俯仰转动惯量；a、b—质心到前后轴中心距；u1、u2—前后悬架的主动控制力；u—汽车行驶速度。

2.2 半车制动模型

2.2.1 纵向操纵方程

总体上看，高职高专院校图书馆现代化转型缓慢，对专业要求单一，且以图情专业为主。由于收集到的高职高专院校图书馆招聘信息数量偏少，因此难以找出太多共性因素。

 

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我的书娟姨妈远远看见了她的背影。还是很好的一个背影，没给糟蹋得不成形状。书娟姨妈从外围的人群撕出一条缝来到她的身后，被上万人的汗气蒸得湿淋淋的。姨妈伸出手，拍了拍南京三十年代最著名的流水肩。转过来的脸却不是我姨妈记忆里的。这是一张似是而非的脸；我姨妈后来猜想，那天生丽质的脸蛋儿也许是被毁了容又让手艺差劲的整容医生修复过的。

根据最优控制律可得：U0=-KX（其中最优反馈增益矩阵K可由黎卡提方程求得）。

 

式中：Ii—车轮转动惯量；ωwi—车轮角速度；Tbi—车轮制动器制动力矩；Ri—车轮滚动半径（i=f、r；f代表前轮，r代表后轮）。

考虑到模糊控制有控制精度高、建模方便、非线性好等优点，使用模糊控制算法来进行制动系统的控制。通过对目标滑移率的跟踪来使车轮最大限度地利用地面附着力，文献[9]可知滑移率在0.2处达到峰值附着系数，所以取目标滑移率λd=0.2。将滑移率偏差e=λ-λd、制动减速度ec=ax作为模糊控制的两个输入量，控制输出量为制动力矩的修正量ΔTb。实际滑移率可由车辆传感器获取的实时参数计算得到，制动工况下实际滑移率为

根据车辆配备的制动器结构形式，前后制动器均为盘式，可得到车轮制动器制动力矩[5]为：

 

式中：制动管路压力；制动分泵有效工作面积Awci=制动管路推出油耗；η—分泵效率；ηp—制动总泵效率；Rgi—制动鼓有效半径；ip—制动踏板机构传动比；Bp—助力器助力比；di—制动器制动分泵有效直径；BFi—制动器制动效能因素；Fp—制动踏板力；Dm—制动主缸直径。

以上为常规制动时制动力矩的产生机理模型，而这里考虑的是紧急制动时的情况，所以这里对制动力矩的来源机理不作考虑。直接将驾驶员反应和制动器间隙消除时间设定为1s，制动力矩在0.5s内上升到最大值3000N·m并保持，按分配比例7：3分配给前后轮。

2.3 轮胎模型

纵向制动力由Pacejka教授提出的“魔术公式”轮胎模型[6]来获得。

 

由于车辆制动时纵向惯性力会引起前、后轮垂直载荷的变化，则需要考虑垂直载荷的转移情况，所以前后轮垂直载荷最终归纳为

式中：Fxf、Fxr—作用在前后轮的制动力；ax—制动减速度。

2.4 路面输入模型

考虑路面不平度的影响，采用线性滤波白噪声的时域表达式作为路面输入模型。因后轮与前轮路面输入类似，只比前轮存在一个时间差，则前后轮的路面不平度位移的时域表达式[7]如下：

文化消费在社会经济活动中发挥着重要作用，经过调查显示，我国多数农村文化消费失调，结构单一，消费观念以及消费方式也相对落后，这就促使农村文化消费水平较低。当下，随着农村经济社会的逐渐发展，农村生活水平逐渐提升，文化消费占据的比例也逐渐发生变化，拥有更多居民开始关注文化消费，借助文化消费促使自身生活质量得到有效提高。

 

建立常用面积单位表象，累积估测策略，并对面积单位进行梳理，建构面积单位与被测物体之间的联系，从而有效地培养学生的度量意识。

3 控制器的设计

3.1 主动悬架LQG控制器设计

当前社会对外语人才的需求越来越朝应用化、素质化人才的方向发展，外语人才不只要具备足够强的阅读能力，更要能流利进行外语口语会话，准确完成各种应用型、学术型外语文章的撰写，并具备自行学习外语，提高自身外语素养的能力。在这种情况下，传统的应试教育式外语教学很难培育出社会急需的外语人才，而预制性词块教学法在能满足应试需求的同时，更能提高学生的外语交际能力，满足社会的应用需求。[7]因此，预制性词块教学法对素质教育改革过渡期的外语教学有极高的适应性。

漳武高速公路永定大道K1+160—K1+310段左侧高边坡位于龙岩市永定区西溪乡，道路沿线属剥蚀丘陵、冲洪积地貌，原始地形波状起伏，形态复杂，变化较大。沿线地层简单，主要为冲洪积层、坡残积层及风化岩层组成，场地抗震设防烈度为6度，设计地震动峰值加速度值为0.05 g，设计地震分组为第二组。

选取状态变量 X=［z˙SzSztfztrz˙tfz˙trqfqrq˙q］T ，扰动输入W=［w1w2］T，控制力输入 U0=［u1u2］T，则可得到系统的状态方程：X˙=AX+ZW+B0U0 （14）

对主动悬架选取LQG最优控制[8]，二次型性能指标选取如下：

 

上式可进一步改写为：

 

式中：Q、R、N—系统加权矩阵。

式中：f0—下截止频率；Gq（n0）—路面不平度系数；L—车辆轮距；w（t）—均值为零的高斯白噪声。

2.2.2 前后轮旋转运动方程

3.2 制动系统的模糊控制器设计

2.2.3 制动力矩输入

由模糊控制理论[10]知，根据实际范围选取输入变量e的基本论域为［-0.8，0.8］，ec的基本论域为［-10，10］，两输入变量的模糊集论域分别为［-1.5，1.5］、［-50，0］；输出变量 ΔTb的基本论域为［-200，200］，模糊集论域为［-6，6］。从而由模糊控制理论可初步设定量化因子 Ke=7.5，Kec=0.6；比例因子 KΔTb=33.3。

令 B=［Z B0］，U=［W U0］T，则状态方程可化为标准的形式：X˙=AX+BU。输出方程为Y=CX+DU。

输入变量 e的模糊集为｛NB，NS，Z，PS，PB｝，分别代表负大、负小、零、正小、正大；输入变量 ec的模糊集为｛NL，NB，NM，NS，Z｝，分别代表负超大、负大、负中、负小、零。输出变量的模糊集也为｛NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB｝，输入输出变量均使用三角形隶属函数来表示。设计的模糊规则，如表1所示。

 

表1 ΔTb的模糊规则Tab.1 Fuzzy Rule of ΔTb

  

ΔTb ec NL NB NM NS Z NB PB PB PB PS PS NS PB PB PS PS PS Z PS PS PS Z Z PS NS NS NS NS NS PB NB NB NS NS NS e

通过上面控制器参数及规则的选取，即可在Simulink中搭建设计好的模糊控制器。

活佛把医学和佛经结合起来，给我们讲《四部医典》。他告诫我们，对待病人就像对待母亲一样竭尽全力。即便是半夜出诊，也不能心有怨言，更不可看重钱财。活佛教育我们，行医时不能随便增加医药费。病人因此耽误病情，就等于谋财害命。真诚的话语就像太阳一样温暖人心。治疗中好言好语容易做到，倾听病人的感受则不太容易做到。一个好曼巴应该把病人当作家人朋友那样说话。[注]访谈人：欧阳丽婷；访谈对象：久麦多杰；访谈时间：2015年9月28日；访谈地点：青海省兴海县莫多寺。

3.3 紧急制动时的俯仰模糊控制器设计

由于紧急制动时车身的俯仰运动较明显，当识别出车辆进行制动操作时，需要考虑带来的悬架性能变化，而悬架的变化又会通过车轮法向反力影响纵向制动，这时在制动模糊控制器与主动悬架最优控制的基础上设计了针对俯仰角优化的模糊控制器，进一步改善紧急制动时车辆的点头，选取俯仰角和俯仰角速度作为控制器输入，输出补偿悬架控制力。

4 半车模型仿真计算及分析

为了更好地模拟车辆的实际行驶工况，选取B级沥青路面上以20m/s的速度直线行驶紧急制动。在驾驶员反应时间内制动力矩输入为零，此后制动力矩上升，直到判别到车辆滑移率超过0.2时制动控制器开始工作，跟踪目标值。而因为规定当车辆降低到较低速时允许车轮抱死，所以当检测到车速下降到6km/h时停止仿真。利用MATLAB/Simulink仿真得到曲线，如图2～图7所示。

由图2可知，联合控制下的车身俯仰角峰值有所下降，车身变化更平稳些。路面不平激励下联合控制与无控制时的车身垂直加速度的曲线，如图3所示。与无控制模型相比，联合控制有效地抑制了车身的垂向振动，改善了车辆的平顺性。为了更直观地看出各控制策略下车身姿态性能响应的差异，列出了各指标均方根值，如表2所示。

由于信息和相关视频在网络传播存在“时间差”，此事在中国网友间所引发的强烈反应经历了戏剧性的“反转”，许多“围观者”最初普遍同情三名同胞的遭遇，并对瑞典方面的“疑似种族歧视行为”表示强烈不满，但随着各方提供的细节和视频大量涌现，不少人发现3名“受害人”早先散布的消息经过剪裁取舍，许多信息并不一定属实，而他们的某些做法和形象也令人难以认同和接受，开始纷纷表达对酒店、警方的理解和对3人的不满，有些人甚至迁怒于介入进行领事援助的中国使领馆，认为“不该是非不分给这种人帮忙”。

  

图2 车身俯仰角Fig.2 Body Pitch Angle

  

图3 车身垂直加速度Fig.3 Body Vertical Acceleration

 

表2 车身姿态指标均方根值比较Tab.2 Comparison of RMS Value of Body Posture Index

  

均方根值 无控制 LQG控制 联合控制俯仰角 0.0026 0.0024 0.0022俯仰角速度 0.0190 0.0151 0.0135

由表2的结果对比显示，使用联合控制的车辆其各性能指标均优于无控制的车辆，且俯仰角较LQG控制时减少了8.89%，俯仰角速度也减少了10.55%，所以设计的联合控制策略能够改善车身的俯仰姿态，保证很好的控制效果，提高了车辆的平顺性能。

  

图4 制动距离Fig.4 Braking Distance

  

图5 车速和轮速Fig.5 The Vehicle Velocity and Wheel Speed

从图4、图5中可以看出，未控制的车辆在紧急制动时车轮很快发生了抱死，制动时间为4.99s，制动距离为43.057m；而采用目标滑移率控制的车辆车速与轮速相差不大，车轮基本没有发生抱死，制动时间为3.7269s，制动距离为29.309m。联合控制和单独制动时制动减速度相比无控制时绝对值变大，稳态值从4.6上升到6.8，如图6所示。能够快速地将车辆停下，同时将滑移率较好地控制在最佳滑移率附近，如图7所示。联合控制下各制动性能与单独制动控制时接近，从而知道俯仰姿态控制的加入并没有使车辆制动性能下降。

  

图6 制动减速度Fig.6 Braking Deceleration

  

图7 滑移率Fig.7 Slip Rate

5 结论

在轮胎非线性基础上考虑车辆直线工况紧急制动的情况，建立了包含制动系统和悬架系统的半车动力学模型，并且基于最优控制和模糊控制理论，利用转向和悬架在俯仰姿态上的耦合关系，以及车速变化对路面不平输入的改变，设计了联合控制策略，旨在跟踪目标滑移率的同时改善车辆俯仰姿态的变化，防止车辆点头引起乘员的不适，并利用Matlab/Simulink进行仿真分析。仿真结果表明，提出的联合控制策略在优化车身俯仰角基础上，较好地改进了轮胎的抓地性能，能够有效地改善车辆的平顺性和安全性，将车身的俯仰姿态变化控制在适合的范围内。

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