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汽车安全与节能学报

JASE ›› 2020, Vol. 11 ›› Issue (1): 61-70.DOI: 10.3969/j.issn.1674-8484.2020.01.006

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基于模型预测控制的半挂汽车主动防侧倾控制方法

杨鄂川 1，谢川人 2，王  江 2，陈瑞楠 2，欧  健2#br#   

  1. （1. 重庆理工大学 机械工程学院，重庆 400054，中国；  
        2.重庆理工大学 车辆工程学院，重庆 400054，中国）
  • 收稿日期:2019-04-22 出版日期:2020-03-31 发布日期:2020-04-01
  • 作者简介:第一作者 / First author： 杨鄂川（ 1980—），男（汉），重庆，副教授。E-mail: yangechuan@sina.com。 第二作者 / Second author：谢川人（ 1992—），男（汉），重庆，硕士研究生。E-mail: 240585009@qq.com。
  • 基金资助:
    重庆市教委科学技术研究项目（KJ1600911）；重庆市基础与前沿研究计划资助项目（cstc2015jcyjA60010）。

Active anti-roll control method for a semi-trailer based on MPC theory

YANG Echuan 1, XIE Chuanren 2, WANG Jiang 2, CHEN Ruinan 2, OU Jian 2   

  1. (1. School of Mechanical Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China; 
     2. School of Vehicle Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China)
  • Received:2019-04-22 Online:2020-03-31 Published:2020-04-01

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摘要： 提出了一种半挂汽车主动防侧倾控制方法。搭建了一个七自由度动力学模型和一个三自由度参 考模型；用无迹 Kalman 滤波的方法，来估计车辆的横向载荷转移率；确定优化目标，运用模型预测 控制（MPC）理论进行最优化求解，得到各车轴的主动防侧倾力矩；在 Simulink/Trucksim 联合仿真 环境中，进行仿真对比与分析。结果表明：在本文的 MPC控制器和 PID 控制器作用下，半挂汽车各 状态量皆收敛，且横向载荷转移率保持在 0.7 以内；相比于 PID 控制，MPC控制所需的防侧倾力矩更 小更均衡，各状态量变化也更加平稳。因此，本 MPC控制器在提升半挂汽车侧倾稳定性的同时具有 较好的鲁棒性。

关键词: 半挂汽车 , 主动防侧倾控制 , 模型预测控制 (MPC) 理论 , 侧倾稳定性

Abstract: An active anti-roll control method was proposed for a roll stability of a semi-trailer. A seven-degree of freedom (7-DOF) vehicle dynamic model and a three-degree of freedom reference model were established. An Unscented Kalman Filter (UKF) was adopted to estimate the lateral load transfer rate (LTR). A model predictive control (MPC) theory was used to solve optimal solution of an active anti-roll torque for each axle. Comparative analysis under typical condition was performed in a Simulink / Trucksim co-simulation environment. The results show that the state quantities of the semi-trailer are converged and the lateral load transfer rate is kept within 0.7 with both MPC controller and PID controller. The anti-rolling torque required for the MPC control is smaller and more uniform than those for the PID controller, and the state variables change more stably. Therefore, the MPC controller has a better robustness while improving a roll stability of a semi-trailer.

Key words: semi-trailer , active anti-roll control ,  model predictive control (MPC) theory , roll stability