车辆侧翻是一种极危险的交通事故。美国国家公路交通安全管理局的统计表明,侧翻事故导致的死亡人数约占所有交通事故总死亡人数的32%。车辆抗侧翻性能是美国新车评估体系中的一项重要指标。车辆侧翻稳定性及主动防侧翻控制一直是研究热点。主动防侧翻控制的核心是侧翻预警与侧翻控制。侧翻预警要求侧翻指标兼备实时性、准确性和预测性,但常见侧翻指标对侧翻动力学的表达不够充分,其准确性和预测性仍有不足;在侧翻控制方面,常见防侧翻协调控制缺乏对悬架执行器动力学特性的细致描述,对执行器瞬态特性和饱和约束的考虑不足,对悬架系统多执行器作动力的分配研究不足。本文针对半主动悬架汽车防侧翻控制展开研究,重点解决了车辆侧倾中心在线辨识、侧翻稳定性描述及其实时预测、半主动悬架防侧翻优化控制等问题。主要研究内容和结论如下:1)侧倾中心辨识与轮胎垂向力观测。考虑侧倾角、侧倾角速度和侧倾角加速度信号的可观测性,建立了三种侧倾中心在线辨识方法:当全部侧倾运动信号可观测时,设计了带扰动观测的最小二乘法辨识算法;当侧倾角和侧倾角速度可观测时,提出一种滑模自适应辨识方法;仅当侧倾角信号可观测时,设计了扩展卡尔曼滤波器辨识算法。仿真结果表明:最小二乘法辨识精度高且辨识速度快,可用于直线工况较多时的侧倾中心在线辨识;滑模自适应算法辨识精度与最小二乘法相当,但辨识速度相对较慢,可用于转向工况较多时的侧倾中心在线辨识;扩展卡尔曼滤波辨识误差相对于最小二乘法为6%,且辨识速度慢,可用于对侧倾中心辨识精度和辨识速度要求较低的场合。研究了具有未知输入的状态观测算法,设计了一种轮胎垂向载荷自适应鲁棒观测器,采用线性矩阵不等式实现了观测器增益的快速设计。仿真结果表明:对Fishhook和J-turn试验,轮胎垂向载荷转移比最大观测误差不超过0.1,为建立侧翻预警算法和防侧翻控制奠定基础。2)基于载荷转移比等高线的侧翻预警方法。采用相平面分析研究了车辆侧翻稳定性描述方法,提出了载荷转移比等高线,并通过理论推导建立了载荷转移比等高线的解析表达形式和试验辨识方法,实现了在侧倾相平面内对车辆侧翻稳定性阈值的描述;采用一阶泰勒展开对侧倾相轨迹的运动趋势进行描述,在侧倾相平面内建立了车辆侧翻预警算法,提出了基于载荷转移比等高线的车辆侧翻指标。结果表明:综合载荷转移比等高线的侧倾相平面分析不仅能直接描述车辆的侧倾运动状态,还能反映车辆载荷转移情况;基于载荷转移比等高线的侧翻指标通过准确计算载荷转移比的变化率对车辆的侧翻倾向进行准确预测并及时触发防侧翻控制,为半主动悬架汽车防侧翻控制性能提供了保障。3)磁流变阀控半主动悬架防侧翻优化控制研究。采用分层控制策略和控制分配理论建立了半主动悬架汽车防侧翻协调优化控制:首先,设计了半主动悬架防侧翻滚动优化控制和差动制动滑模控制,求解广义防侧翻力矩和差动制动力矩;然后,建立了刻画轮胎垂向动态载荷的性能目标函数,采用拉格朗日乘子法设计了考虑减振器饱和约束的阻尼力优化分配方法,同时根据各车轮制动对横摆力矩的影响设计了车轮制动力链式分配策略;最后,基于ITAE指标建立了考虑减振器瞬态响应特性的阻尼力优化跟踪控制方法。对比半主动悬架防侧翻优化控制和半主动悬架防侧翻模糊控制的结果表明:采用磁流变阀控半主动悬架防侧翻时,相比于模糊控制,半主动悬架优化控制可将目标车辆不侧翻的最高车速提高25%;采用半主动悬架和差动制动协调防侧翻时,“悬架优化控制+差动制动”的优化性能指标较“悬架模糊控制+差动制动”明显降低,从而降低了轮胎垂向动态载荷,减小了车辆载荷转移比,提高了车辆侧翻稳定性。