提高車輛操縱穩(wěn)定性的底盤集成控制系統(tǒng)設(shè)計與方法研究.pdf

1、車輛底盤集成控制是近年來汽車工程研究領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)和難點(diǎn)，其內(nèi)涵正隨著汽車動力學(xué)、現(xiàn)代控制理論、計算機(jī)仿真和微電子等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展而得到不斷豐富，并朝著線束控制(x-by-Wire)的方向不斷發(fā)展。因此，本文分析了以往以車輛底盤各子系統(tǒng)為主的單獨(dú)控制方式的局限性和底盤集成控制的潛在優(yōu)勢，并從車輛動力學(xué)本質(zhì)出發(fā)，研究了車輛的四輪轉(zhuǎn)向(4WS)和橫擺控制力矩(DYC)的協(xié)調(diào)與集成控制機(jī)理。通常情況下，車輛動力學(xué)控制的本質(zhì)都可歸結(jié)為輪胎與地面

2、之間縱向力、側(cè)向力和橫擺力矩對車輛運(yùn)動狀態(tài)的控制過程。 本文從車輛動力學(xué)本質(zhì)出發(fā)，分析了輪胎的穩(wěn)態(tài)特性與瞬態(tài)特性，建立了8自由度的整車模型，設(shè)計了集成四輪轉(zhuǎn)向和橫擺力矩控制的雙層結(jié)構(gòu)底盤集成控制系統(tǒng)。集成控制系統(tǒng)的第一層，即主環(huán)路是基于線性矩陣不等式(LMI)的H∞控制，它優(yōu)化了車輛的四輪轉(zhuǎn)向角和橫擺控制力矩，并計算相應(yīng)車輪的縱向參考滑移率；集成系統(tǒng)的第二層，即伺服環(huán)路是具有旋轉(zhuǎn)滑動平面的滑?？刂?，旋轉(zhuǎn)的滑動平面使系統(tǒng)運(yùn)動狀態(tài)一

3、開始就在滑動平面上移動，減小了系統(tǒng)抖動，加快了響應(yīng)速度，提高了控制器跟蹤車輪參考滑移率的精度，使車輛的橫擺力矩控制得以快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。在集成控制策略中用到的反饋?zhàn)兞咳畿嚿韨?cè)偏角在車輛實(shí)際運(yùn)動中是難以用傳感器進(jìn)行測量的，為減小控制器設(shè)計難度，降低設(shè)計成本，論文還設(shè)計了車身側(cè)偏角滑模觀測器。通過極限操縱工況下車輛的開環(huán)與閉環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了底盤集成控制系統(tǒng)可以顯著提高車輛的操縱穩(wěn)定性與主動安全性，而且滑模觀測器不論在幅值還是相位上都準(zhǔn)確跟

4、蹤了車身的實(shí)際側(cè)偏角。 為縮短控制系統(tǒng)開發(fā)周期，減少實(shí)車試驗(yàn)帶來的風(fēng)險，本文基于底盤集成控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立了包含收斂場向量駕駛員模型的人-車閉環(huán)交互集成控制系統(tǒng)，整個閉環(huán)系統(tǒng)可分為內(nèi)環(huán)控制回路和外環(huán)控制回路。內(nèi)環(huán)控制回路即車輛底盤集成控制系統(tǒng)，它集成控制了4WS、DYC與TCS在縱向、側(cè)向和橫擺角速度上對車輛操縱穩(wěn)定性和主動安全性的影響；外環(huán)路控制器即車輛駕駛員模型，它為底盤集成控制提供了參考控制變量，和車輛的參考行駛路徑跟

5、蹤。通過S彎轉(zhuǎn)路徑的人-車閉環(huán)交互集成控制的仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證了基于底盤集成控制的人-車閉環(huán)控制系統(tǒng)不但可以提高車輛的操縱穩(wěn)定性與主動安全性，而且還可以提高車輛的路徑跟蹤能力，減輕駕駛員的工作強(qiáng)度。同時從硬件和軟件上開發(fā)了底盤轉(zhuǎn)向系電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(EPS)，建立了EPS試驗(yàn)平臺，實(shí)現(xiàn)了車輛底盤轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)輸出控制。EPS系統(tǒng)硬件包括主控電路和驅(qū)動電路，軟件則分為底層驅(qū)動程序、應(yīng)用層程序和算法層程序。底盤EPS試驗(yàn)平臺的建立，為車