追求更加卓越的安全性和舒适性是汽车技术发展的重要方向,提升车辆的侧向、侧倾稳定性以及行驶平顺性则是两大发展方向的核心体现。作为汽车底盘系统中的两大关键子系统,转向系统与悬架系统对于改善车辆的稳定性和平顺性发挥着至关重要的作用;然而,二者共同作用于底盘的动力学系统,彼此间通过轮胎作用力形成相互耦合影响,由此导致:两个耦合控制系统的并存必然出现系统间的相互协调问题。传统方法将单个子系统的独立最优控制进行叠加难以产生最优的综合性能,挖掘转向与悬架子系统最大功能潜力,需要从集成控制层面出发,协调两大耦合系统的功能重叠与冲突。基于此思路,面向提升车辆稳定性与舒适性需求,本文围绕悬架系统与转向系统的集成控制,开展并完成了以下研究工作:(1)建立了垂向和侧向相互耦合的整车9自由度动力学模型,并重点关注底层子系统动力学特性,以液压互联系统为基础,得到“机械-液体-气体”强耦合的悬架系统液压执行机构非线性数学模型,以及主动前轮转向(Active Front Steering,AFS)与EPS结构一体化的转向子系统动力学模型,以便于后期检验所设计的控制系统在执行系统能力范围内的有效性。为确保所建立模型的准确性,应用成熟的车辆动力学商业软件Carsim进行了整车模型验证,应用AMESim和台架试验进行了液压互联系统模型验证。(2)为后续提出的被动/主动液压互联悬架抗侧倾切换控制做铺垫工作,进行了液压互联系统动力学特性分析及优化。通过液压互联系统垂直模态和侧倾模态的刚度和阻尼数学模型,分别从时域和频域角度分析了两种模态下液压互联系统的刚度特性、阻尼特性及频率响应特性;基于Isight对被动液压互联悬架进行了垂直模态和侧倾模态下的参数灵敏度分析,参考灵敏度分析结果提出一种参数优化方案,并获得相应优化结果。(3)融合估计与优化思想,采用无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filtering,UKF)与粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)相结合的方法,即由UKF根据车辆侧向加速度和横摆角速度量测信息,得到初步估计结果,然后为PSO算法提供初值及参考优化范围,完成对非线性轮胎纯侧偏模型的进一步辨识,从而为基于模型的状态估计及控制提供精确的轮胎模型;建立整车状态观测模型,采用UKF方法观测集成控制系统所需的关键状态量,基于GPS/INS组合导航系统等进行实车试验,选取典型参量作为观测系统准确性验证代表,证明了观测系统的有效性。(4)定义了主动互联抗侧倾控制模式(AHIS模式)和非互联平顺性控制模式(IASS模式)。抗侧倾方面,构造了车身侧倾角目标函数以确保平滑的车身姿态控制过程,基于Backstepping算法设计了主动液压互联悬架抗侧倾控制系统;考虑到被动液压互联模式在几乎不影响车辆垂直模态的情况下具有更大的侧倾刚度特点,提出了被动/主动可切换液压互联悬架控制方法,结合Backstepping控制算法和改进的Smith预估补偿算法以解决被动/主动可切换抗侧倾系统的时滞问题。平顺性控制方面,采用非线性滤波方法以综合考虑车身加速度与悬架动挠度改善需求;同时,考虑了底层执行系统非线性动力学特性,为非互联平顺性控制模式设计了多目标控制算法。在以上分析基础上,综合主动互联抗侧倾控制模式和非互联平顺性控制模式的优缺点,提出了面向需求的双模式主动悬架控制方法,以根据工况在上述AHIS模式(抗侧倾)与IASS模式(平顺性)之间切换。(5)为作为应急控制技术的主动前轮转向提出介入准则,即采用轮胎侧向力线性/非线性域工作状态作为主动前轮转向介入时机判据,以避免过早介入而与驾驶员意图冲突,或过晚介入而造成无法使车辆恢复稳定;根据该介入准则,提出了一种轮胎侧向力线性/非线性工作区域的快速判断方法,基于该判定方法,结合状态估计系统,采用滑模变结构控制算法为主动前轮转向系统设计了稳定性控制器;随后,针对AFS与EPS结构一体化系统,设计了AFS与EPS协调控制算法以解决主动前轮转向介入后可能导致驾驶员操纵力矩突变而引起不适的问题。(6)考虑路面附着系数的约束,改进基于“质心侧偏角-质心侧偏角速度(β-β’)”相平面的质心侧偏角稳定域以及横角速度摆稳定域确定办法,形成上、下、左、右稳定性边界及路面附着系数约束的车辆侧向稳定域,在此基础上为IASS模式设计了平顺性控制和操稳性控制切换准则,为AFS进行横摆角速度控制、质心侧偏角控制、以及两者加权控制设计了切换准则;改进基于“车身侧倾角-车身侧倾角速度(θ-θ’)”相平面的车身侧倾稳定域确定办法,在此基础上提出基于θ-θ’相平面法的双模式(AHIS模式和IASS模式)切换控制准则。基于以上准则,设计了车辆垂向和侧向动力学系统协调控制策略,采用分层控制方法,设计了集成控制系统组织层、协调层及执行层控制算法,完成了主动悬架与主动转向系统集成控制。