随着电动化底盘不断往集成化、智能化方向发展,研究电动化底盘主要子系统间的动力学耦合关系已逐渐成为汽车动力学领域内的热点课题。在电动化底盘系统转向过程中,可将车辆行驶状态划分为稳定区域、失稳区域和临界失稳区域,研究临界失稳区域电动化底盘的主要子系统间的耦合问题,建立汽车临界失稳工况非线性动力学模型,不仅具有重要的理论研究意义,而且对于推动电动汽车底盘系统主动安全的发展具有深远的影响。本文主要对临界失稳工况汽车非线性动力学模型的建立、临界失稳边界的判据以及临界失稳工况下对汽车关键行驶状态参数的准确估计进行了理论研究和仿真分析,主要分为以下几个方面:(1)在临界失稳工况下,综合考虑了涉及车辆纵向、侧向和垂向动力学的制动、转向及悬架电动化底盘子系统,探讨了各主要子系统的结构与运动机理,确定了各系统间的直接或间接关系。建立临界失稳工况下包括纵向、侧向以及垂向在内的整车非线性动力学模型。(2)探究了汽车失稳的原因,侧滑、急转向、紧急制动等危险情况都能引起汽车的失稳。分析了汽车行驶状态从稳定区域到失稳区域的边界条件,并定义了汽车综合稳定性系数k来表征汽车在行驶过程中车辆的稳定程度。当k(27)0.5时,汽车状况处于稳定区域;当175.0(27)(27)k时,处于失稳临界状态;当k(29)1时,处于失稳状态。基于虚拟试验在直线行驶的加速/制动和双移线路径两个路况下对该系数进行验证。试验结果得出:该稳定性系数k能有效地反应汽车行驶过程中的稳定程度。(3)简化了轮胎结构,考虑胎面的纵向变形量和轮胎的侧偏特性,建立改进的轮胎刷子模型,并讨论了轮胎与地面接触区域内的附着区与滑移区的边界情况。用车辆动力学仿真软件Carsim对车辆操纵稳定性进行双移线道路试验。试验结果表明:在行驶过程中k值始终在(0,1)区间内,从而可以说明汽车在行驶过程中始终在稳定的可控范围内,验证了选用改进的轮胎刷子模型的车辆在操纵稳定性试验中的可靠性。(4)为适应临界失稳边界区域的非线性突变现象,引用了强跟踪滤波理论,基于经典的UKF算法总结出了强跟踪无迹卡尔曼滤波算法(STUKF),对汽车动力学状态的横摆角速度、侧向加速度、车身侧偏角等关键行驶状态参数进行实时估计,并用Carsim&Simulink的联合仿真在蛇形工况下试验验证。试验结果表明:STUKF算法的估计精度略高于常用的UKF算法,并且在Matlab环境下所花费的时间大约只有UKF算法的80%。同时k值始终在[0,0.5]稳定区间内,也验证了k值能有效反应汽车行驶稳定的程度。