車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)控制策略及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著汽車行駛速度和道路車輛密度的提高，由于車輛失控造成的交通事故發(fā)生率呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，引入車輛電子控制主動(dòng)安全裝置用于提高車輛主動(dòng)安全性能是有效降低交通事故發(fā)生率的重要途徑。車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)(VSC)作為主動(dòng)安全裝置的典型代表受到了眾多汽車廠商的關(guān)注。該系統(tǒng)可以在制動(dòng)過(guò)程中主動(dòng)分配四個(gè)車輪的制動(dòng)強(qiáng)度，利用制動(dòng)力差異產(chǎn)生的橫擺力矩糾正車輛的不穩(wěn)定狀態(tài)，提高汽車的操縱穩(wěn)定性的方向穩(wěn)定性。
　　 本文在分析車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)自身特點(diǎn)和研究

2、現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以國(guó)產(chǎn)某款短軸距商用車為研究對(duì)象，針對(duì)VSC系統(tǒng)的車輛動(dòng)力學(xué)建模、系統(tǒng)控制算法設(shè)計(jì)、系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)算法設(shè)計(jì)、系統(tǒng)ECU設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)方法等方面進(jìn)行詳細(xì)研究，提出基于混合仿真技術(shù)建立一種高效的車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)可以在實(shí)驗(yàn)室條件下，模擬車輛在各種極限工況下的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)控制算法、系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)算法的性能驗(yàn)證和參數(shù)標(biāo)定功能；通過(guò)搭載相應(yīng)傳感器，實(shí)現(xiàn)車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)的道路試驗(yàn)驗(yàn)證功能。論文的主要研究工作及創(chuàng)

3、新成果概括如下：
　　 1．針對(duì)目標(biāo)車型特點(diǎn)和車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，采用模塊化設(shè)計(jì)方法建立了包括制動(dòng)系統(tǒng)模型、液壓調(diào)節(jié)器模型、車輪動(dòng)力學(xué)模型、輪胎模型和整車模型的八自由度非線性車輛模型。通過(guò)目標(biāo)車型的操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型的動(dòng)力學(xué)特性。車輛模型可以實(shí)現(xiàn)在各種路面條件下直線制動(dòng)、轉(zhuǎn)向制動(dòng)的仿真要求，為車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)提供模型基礎(chǔ)。
　　 2．采用模塊化設(shè)計(jì)思路開發(fā)車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)ECU，主要包括基于TMS320

4、F2812的主控單元模塊、系統(tǒng)電源模塊、信號(hào)處理模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊和通訊模塊。在此基礎(chǔ)上利用dSPACE實(shí)時(shí)仿真環(huán)境建立車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，論文從車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)各個(gè)開發(fā)階段的研究目標(biāo)出發(fā)，詳細(xì)論述了開發(fā)平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)方案。在Matlab/Simulink環(huán)境中搭建用于系統(tǒng)仿真的車輛模型和車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)控制算法。本文利用該平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)了車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)的離線仿真、硬件在環(huán)仿真、以及實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 3．車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)特性分析

5、表明：車輛橫擺運(yùn)動(dòng)和側(cè)向運(yùn)動(dòng)之間存在強(qiáng)耦合關(guān)系，橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角均能表征車輛穩(wěn)定性，提出將橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角作為車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)的聯(lián)合控制目標(biāo)；依據(jù)車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)控制要求，采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)VSC系統(tǒng)控制算法，以橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角為控制目標(biāo)，分別基于滑?？刂评碚摵蚉ID控制理論設(shè)計(jì)上層VSC控制算法，以車輪滑移率為控制目標(biāo)，基于模糊控制理論設(shè)計(jì)下層ABS控制算法，通過(guò)基于模糊邏輯的目標(biāo)滑移率分配算法融合VSC控制算法和ABS控

6、制算法實(shí)現(xiàn)車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)功能；針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中車速、質(zhì)心側(cè)偏角和路面附著系數(shù)需要估計(jì)的問(wèn)題，基于多傳感器融合技術(shù)，設(shè)計(jì)相關(guān)狀態(tài)變量的觀測(cè)器。
　　 4．基于車輛動(dòng)力學(xué)模型和車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)控制算法在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建離線仿真平臺(tái)，對(duì)車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)的ABS控制算法和VSC控制算法進(jìn)行仿真分析，完成了直線制動(dòng)、對(duì)開路面制動(dòng)、階躍轉(zhuǎn)向、正弦增加轉(zhuǎn)向等工況的離線仿真。仿真結(jié)果表明：離線仿真平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)車輛穩(wěn)定性

7、系統(tǒng)控制算法在各種路面條件和操縱條件下的性能分析，所設(shè)計(jì)的車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)能有效提高車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性和方向穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)橫擺角速度跟蹤和質(zhì)心側(cè)偏角限幅的控制目標(biāo)。
　　 5．基于車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)包括傳感器(壓力傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng))、車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)ECU、以及車輛仿真模型的硬件在環(huán)仿真平臺(tái)。利用該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)ECU在典型極限行駛工況下的性能測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明：車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)ECU通過(guò)車

8、輪制動(dòng)力的合理分配有效抑制車輛的不穩(wěn)定轉(zhuǎn)向趨勢(shì)，提高車輛的操縱穩(wěn)定性和方向穩(wěn)定性；利用硬件在環(huán)仿真技術(shù)可以有效提高車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)開發(fā)效率，在實(shí)驗(yàn)室條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)ECU的標(biāo)定功能，有效縮減系統(tǒng)開發(fā)成本和開發(fā)周期。
　　 6．將本文設(shè)計(jì)的車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)ECU試裝于國(guó)產(chǎn)某款短軸距商用車，在車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)基礎(chǔ)上，對(duì)改裝車輛進(jìn)行了典型路面直線制動(dòng)和雙移線避障試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：自主設(shè)計(jì)的車輛穩(wěn)定性系統(tǒng)ECU能夠輔助駕