随着汽车保有量的增加,交通事故频发,汽车安全已经成为了日益严重的社会问题。主动安全主要用于避免事故,同时也有助于提高车辆的稳定性。车辆是具有参数不确定性、高度非线性动态特性及时滞等特点的耦合系统。执行机构时滞的存在会对车辆系统稳定性产生影响,甚至会造成汽车失稳。因此对车辆系统稳定性的研究不可避免的要考虑执行机构时滞的影响。特别是当系统处于高速或低附着路面行驶时,主动安全系统需要极快的响应时间,此时时滞对系统稳定性影响则更大。另外,目前整车线控驱动的技术快速发展,信号传输时滞尤为明显。为了提高车辆稳定性,本文分析时滞对车辆稳定性的影响,设计了基于时滞补偿的扩稳控制器。首先,对基于相平面的车辆稳定性及随机算法理论进行研究,建立不含时滞的车辆模型,并设计一个理想的基于模型预测(MPC)的稳定控制器,接着对模型中可能存在时滞的位置进行研究。通过ve DYNA和Matlab/Simulink联合仿真实验,分析了不同位置的时滞对车辆动态特性的影响。通过分析汽车失稳的原因,将汽车运动状态划分区域,进而辨识时滞边界,将得到的取值空间划分为稳定域、过渡域与不稳定域,将过渡域边界作为后续对车辆稳定性研究的稳定边界上限的理论基础。然后,在常规工况下,针对执行机构的时延问题,基于随机算法辨识得到的时滞边界,建立含时滞的线性车辆模型。分析无约束系统中时滞的影响,设计了无约束线性MPC扩稳控制器,跟踪期望的横摆角速度与质心侧偏角;进而考虑到实际系统中执行机构的饱和作用及状态约束,提出了带约束的线性MPC扩稳控制器。在MPC控制框架下,考虑多通道控制输入时滞的影响,可同时补偿多通道多尺度时滞,并考虑辨识得到的质心侧偏角约束,将控制要求转换为目标函数。通过在线优化前轮转角和附加横摆力矩,车辆横摆角速度和质心侧偏角可以准确地跟踪预期值,联合仿真实验结果验证了该时滞补偿扩稳控制器的有效性。最后,在前述控制策略基础上,进一步考虑当车辆处于高速低附着的极限工况时,侧向力达到饱和,轮胎工作于非线性区,建立了含时滞的非线性模型,并且设计了含时滞补偿的非线性MPC扩稳控制器,分别考虑定约束、相平面稳定边界约束和惩罚函数这三种约束方案。通过联合仿真实验,对比了有/无侧向力饱和,以及不同约束方案下控制器的性能。由仿真分析可知,在低附着路面上,非线性扩稳控制器能使车辆具有更好的操稳性和轨迹跟踪性能。