重型半挂车具有运输量大、成本低、高效和经济的优势，在货物运输中得到广泛应用。但由于载重量重，尺寸大，质心高，且牵引车和半挂车之间相互耦合，极易发生侧翻、摆振和折叠等事故，造成巨大损失。鉴于此，重型半挂车的稳定性问题已经成为制约道路交通运输事业发展的瓶颈，进行重型半挂车稳定性研究具有重要意义。本文依托国家自然科学基金项目基于模型预测的重型半挂车动力学稳定性多目标控制研究（编号：51075176），在调研国内外重型半挂车稳定性控制策略理论和应用的基础上,并对基于后轴主动转向和差动制动两个重型半挂车控制策略研究和对比分析后，以实现重型半挂车低速路径跟随和减少路面损坏、中高速平稳工况改善路径跟随和横摆稳定性和中高速危险工况避免侧翻的目的，提出了重型半挂车后轴主动转向与差速制动集成的全工况变参数控制策略。此集成控制策略实现了重型半挂车从低速到高速，从低附到高附，从平稳工况到极限工况的重型半挂车全工况的良好控制，本文主要进行了以下几个方面的研究工作：1．重型半挂车变参数简化模型建立在分析了重型半挂车动力学基础上，建立了能够描述车辆运动特性，可实时计算的线性三自由度横摆模型和五自由横摆侧倾简化动力学模型。考虑到重型半挂车质量变化很大、质心位置难以确定，提出了货物分布假设模型。利用双模型与遗传算法相结合的方法进行了简化模型关键参数的辨识，并利用辨识后的参数绘制了关键参数MAP图。利用车辆实时状态线性分段插值关键参数MAP图获得实时简化模型关键参数值，5-dof线性简化模型结合实时关键参数转换成能够随车辆状态变化的实时变参数简化模型，为重型半挂车稳定性控制提供了准确的参考和控制简化模型。2．重型半挂车后轴主动转向控制策略考虑到重型半挂车工况复杂，为了实现各种工况下最优控制，重型半挂车后轴主动转向控制策略分为低速和中高速控制策略。针对重型半挂车低速过弯工况，速度低且转角大，控制困难，提出了重型半挂车低速后轴主动转向控制策略，实现了重型半挂车低速转弯时良好的路径跟随和减小了轮胎磨损和路面损坏。低速后轴主动转向控制策略基于后轴主动转向，并以挂车后端跟随第五轮轨迹运动为目标，运用PID控制方法决策出后轴主动转向角度。针对中高速工况，在建立虚拟驾驶员的基础上，提出了基于LQR最优控制方法的重型半挂车后轴主动转向的控制策略，并利用遗传粒子群优化算法优化了控制策略权重系数。中高速后轴主动转向控制策略分为路径跟随控制和侧翻控制两个控制模式，其通过变换控制策略中的权重系数进行两个控制模式的切换。路径跟随控制模式利用路径跟随控制权重系数进行控制，实现了重型半挂车横摆稳定性的性能指标较大提高，但后端放大率降低较小；侧翻控制模式利用侧翻控制参数进行控制，实现了重型半挂车后端放大率大幅度降低和侧翻控制，但路径跟随和横摆稳定性提高较小。鉴于此，提出了使用路径跟随控制模式进行较为平稳工况下路径和横摆控制；使用侧翻控制模式进行危险工况下侧翻控制，达到了充分利用中高速后轴主动转向控制策略不同控制模式优势的目的，实现了后轴主动转向控制策略对重型半挂车良好地控制。3．重型半挂车差动制动控制策略由于差动制动重型半挂车控制策略不需要增加附加硬件和改变车辆结构，其成为重型半挂车稳定性常用控制方式。考虑到重型半挂车稳定性控制复杂且控制单一目标难以实现其良好控制，提出了基于多目标的重型半挂车差动制动控制策略。为了实时计算出精确的状态参考值，采用了第二章线性变参数简化模型作为参考模型，同时采用遗传粒子群对控制策略权重系数进行优化，实现了差动控制策略最优控制。研究结果表明：差动制动控制策略实现了重型半挂车有效地控制，从而提高了重型半挂车的稳定性和安全性。考虑到后轴主动转向和差动制动控制策略都能够控制重型半挂车，为了更好地理解两个控制策略优劣势，进行了两个控制策略仿真对比研究，结果表明：后轴主动转向策略优于差动制动策略控制；但差动制动策略能够降低车速，对重型半挂车稳定性控制具有重要意义。4．重型半挂车后轴主动转向与差动制动集成的全工况变参数控制策略在对比了后轴主动转向控制策略和差动制动控制的控制效果，和分析了两个控制策略优缺点基础上，提出了后轴主动转向与差动制动集成的控制策略。利用遗传粒子群优化算法优化集成控制策略的权重系数，促使了两单一控制策略融合和匹配，实现了两个子策略协调控制及充分发挥了集成策略的控制优势。集成控制策略分为路径跟随控制和侧翻控制两个控制模式，其通过变换控制策略中的权重系数进行两个控制模式切换。路径跟随控制模式实现平稳工况下的路径跟随和横摆稳定性控制，而侧翻控制模式实现危险工况下的侧翻控制。进行了后轴主动转向、差动制动和集成控制三个重型半挂车控制策略仿真对比研究，仿真结果表明：在平稳工况下集成控制策略与后轴主动转向策略控制效果类似；而危险工况下集成控制策略比后轴主动转向控制策略控制能力更强；集成控制策略全面超过差动制动控制策略。因此，后轴主动转向与差动制动集成的控制策略总体优于后轴主动转向策略和差动制动策略，实现了对重型半挂车更优控制。结合重型半挂车稳定性控制策略成果，提出了重型半挂车后轴主动转向与差动制动集成的全工况变参数控制策略。该控制策略具体为：低速时，使用低速后轴主动转向进行控制；中高速侧向加速度小于0.4g即平稳工况，使用代入路径跟随控制参数的后轴主动转向与差动制动集成策略进行控制；在中高速侧向加速度大于0.4g即危险工况，使用代入侧翻控制参数的后轴主动转向与差动制动集成策略进行控制。仿真和实验结果表明，变参数集成控制策略实现了重型半挂车全工况良好控制且控制效果优于本文所提的其他重型半挂车控制策略。5．重型半挂车硬件在环试验台搭建基于Labview实时系统、Simulink软件和Trucksim软件，利用重型半挂车全套制动系统搭建了硬件在环试验台。硬件在环实验台利用Labview实时系统嵌套成熟车辆模型Trucksim软件，实现了试验台车辆模型更为接近实车；同时充分利用了Labview系统数据采集，数据处理和界面显示优势。利用Simulink软件完成了最优控制程序的编写，且利用S函数下载到Labview实时系统中；同时结合单片机压力闭环程序完成了整个硬件在环试验台的重型半挂车控制程序。最终，硬件在环试验台为后轴主动转向与差动制动集成的全工况变参数控制策略验证提供了稳定可靠的硬件实验平台。综上所述，本文取得的创新性成果如下：1．针对重型半挂车简化模型关键参数较多且辨识困难，提出了运用双模型与遗传算法相结合的方法离线辨识了简化模型关键参数。同时，由于重型半挂车载荷变化大且运行工况复杂，简化模型难以达到与实际车辆状态相匹配。在提出货物分布假设模型基础上，利用车速，转向盘转角和侧向加速度线性分段插值简化模型关键参数MAP获得了实时简化模型参数，5-dof简化模型结合实时关键参数实现了与车辆实际状态相匹配，为重型半挂车提供了与实际车辆状态相匹配准确的变参数参考或控制模型，奠定了重型半挂车稳定性控制的必要基础。2．在研究后轴主动转向和差动制动单一控制策略基础上，提出了后轴主动转向与差动制动集成控制策略。考虑到不同工况下重型半挂车控制目标不同，集成控制策略分为平稳工况下路径跟随控制模式和危险工况下侧翻控制模式。考虑到重型半挂车不同状态下的不同控制模式切换，设计了后轴主动转向与差动制动集成的全工况变参数控制策略，实现了重型半挂车从低速到高速，从低附到高附，从平稳工况到极限工况全工况的控制且控制效果良好。同时，为了探知重型半挂车各种控制策略的优劣势，进行了集成控制策略与两单一控制策略详细对比研究，分析了各自优缺点，为重型半挂车稳定控制策略研究进行了必要的理论和方法探索。3．为了实现控制策略良好的控制效果和集成控制策略中各单一控制策略相互融合和协调，运用遗传粒子群算法实现了控制策略权重系数优化。利用优化后控制策略权重系数代入集成控制策略进行仿真和硬件在环试验台研究，研究结果表明：优化后的控制策略权重系数实现了单一控制策略和集成策略的最优控制；解决了集成控制策略中各单一控制策略匹配困难的问题，实现了重型半挂车横摆稳定性和侧翻稳定性控制。