汽车在高速转向条件下行驶时,驾驶员的持续加速、猛收加速踏板或猛踩制动踏板等操作都会引起车辆系统的严重侧滑、横摆等不稳定运动,从而导致严重交通事故的发生。为了降低极限工况下的交通事故率,实现该条件下车辆系统的稳定性控制,开展了很多基于非线性车辆和轮胎模型的车辆系统稳定性分析和控制的研究工作,并取得了很多新的理论研究成果。其中,具有代表性的五自由度稳定性分析模型,能够分析驱动和转向对操纵稳定性的影响,具有很好的理论解释能力和工程应用前景,但是受车辆稳定性试验的高危险性限制,五自由度模型仅采用仿真实验的方法进行了模型的有效性验证,缺乏物理试验验证。解决五自由度稳定性模型的有效性验证问题,成为制约稳定性研究理论成果推向工程实践的主要瓶颈。因此,本文选择五自由度稳定性模型的有效性验证作为主要研究工作,并将经过有效性验证的车辆五自由度稳定性模型引入车队跟随行驶系统中,进行车队稳定时距的预测,推动五自由度稳定性模型进入工程应用。主要研究内容如下:(1)分别在驱动和制动两种工况下分析高速转向车辆系统的稳定性。在驱动工况下,引入车辆系统五自由度非线性模型,研究驱动力矩的变化对高速转向车辆系统稳定性的影响。在发动机制动工况下首先引入发动机制动力矩的解析表达,建立针对发动机制动工况的车辆系统五自由度模型。在所建立的发动机制动工况下的五自由度车辆模型通过验证的基础上,同样分析发动机制动工况下高速转向行驶车辆的稳定性问题。最后,采用庞加莱截面和功率谱密度数值识别方法证明两种工况下高速转向车辆系统的混沌运动,并揭示车辆系统的失稳机理。(2)针对五自由度车辆模型在发动机制动工况下仿真运动状态与实际车辆运动状态不相符的问题,引入滚动阻力,建立包含滚动阻力的五自由度车辆模型。通过分析滚动阻力对转向制动行驶车辆动力学特征的影响,证明包含滚动阻力的五自由度车辆模型的合理性,并采用包含滚阻的车辆模型分析不同前轮转角条件下车辆系统的运动特性。(3)采用由电机驱动、比例为1:5的模型车作为实验车实现车辆五自由度稳定性分析模型有效性的验证。首先,为了在模型车上实现实验验证工作,需要采用实验法测定模型车基本参数,从而利用模型车参数进行仿真分析和实验验证。其次,在测定模型车基本参数的基础上设计滑行试验,完成包含滚动阻力的五自由度车辆模型有效性验证。最后,在分析不同附着路面上模型车轮胎特性的基础上,选择在冰面上进行驱动工况下的模型车实验验证;由于实验条件的限制,考虑在干燥沥青路面上进行电机制动工况下模型车仿真实验,在人工草坪实验场地内实现电机制动工况下模型车实验验证。(4)基于五自由度车辆模型分别进行驱动工况和发动机制动工况下的车队稳定时距预测。首先,针对弯道跟随行驶车队,提出一种由基于固定时距控制策略的纵向控制器和基于PO(位置-方位)驾驶员模型的侧向控制器组成的车队跟随控制器。其次,在对跟随控制器中的纵向控制和侧向控制进行稳定性分析及控制效果验证的基础上,进一步开展正弦路径跟随行驶实验,验证跟随控制器在复杂路径和极限工况下的跟随控制效果。最后,将正弦路径跟随行驶的两车扩展至多车跟随的情况进行分析,仿真分析以不同初始车速跟随行驶的跟随特性及稳定性问题。并分别在驱动工况和发动机制动工况下,采用仿真实验的方法实现对车队跟随行驶时需要保持的稳定时距的预测。