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汽车急转向防侧滑控制研究与仿真

作　者: 宋丹丹
导　师: 吴义虎
学　校: 长沙理工大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 汽车防侧滑控制模糊控制预测控制主动前轮转向横摆力矩横摆角速度侧偏角仿真
分类号: U461.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

汽车在高速行驶经过弯道或汽车高速行驶变更车道时,车辆在很大离心力的作用下产生横摆运动,当路面较滑时,将迅速导致侧滑,而且一旦侧滑开始,汽车与路面的横向作用力将迅速减小,汽车将迅速失去控制。本文根据国内外汽车动力学稳定性控制的研究现状,分析了汽车急转向侧滑的产生,提出了汽车急转向防侧滑的控制策略,并运用几种控制方法对其进行了研究。本研究建立了汽车急转向运动状态动力学模型,以及理想状态下车辆转向行驶的参考模型,研究车辆急转向时运动状态的变化规律,进而建立车辆发生侧滑与车辆各参数变化之间的关系,对车辆何种情况失稳进行判定。通过对车辆失稳的判定,根据车辆的不稳定程度来推算出恢复车辆稳定性的横摆力矩并施加控制。即通过对车轮施加制动力来达到控制汽车的横摆力矩并改善汽车动力学稳定性的目的。具体的控制方法包括车辆横向稳定性的模糊控制方法、基于横摆力矩和主动前轮转向的车辆横向稳定性模糊控制方法、车辆横向稳定性的预测控制方法和基于ABS的弯道路面车辆制动稳定性控制方法。通过仿真试验验证所提出的控制方法在汽车急转向防侧滑控制中的有效性,初步得出如下结论:(1)本文所提出的控制方法有效且具有较强的鲁棒性。基于直接横摆力矩的模糊控制方法可以有效的控制横摆角速度,降低了幅值,质心侧偏角也大大减小了,但横摆角速度超调量减少不多;基于横摆力矩和转动前轮转向的车辆横向稳定性模糊控制保证了在较小的侧偏角的同时,很好的控制了横摆角速度,使控制车辆精确的跟踪期望轨迹;而车辆横向稳定性的预测控制方法可以在车辆失稳前就施加控制,因此能及时、有效地将车辆控制在稳定的运行状态;车辆在通过弯道时通过制动来降低车速可以大大减小离心力,提高低附着弯道路面行驶车辆的稳定性。在ABS基础上综合控制前轮和后轮制动力分布来施以相反的横摆力矩可以有效地提高车辆在弯道路面行驶的稳定性。(2)相比而言,联合控制要优于单单的直接横摆力矩控制。(3)路面附着情况、车速及转向特性等均对控制效果有影响(本文仅考虑路面附着系数不同的情况)。路面附着系数越低,车速越高,汽车越容易发生失稳,这时施加稳定性控制与不施加的车辆相比具有明显的优势,对车辆稳定性的改善十分明显,而在相反的情况,控制效果就没有那么明显。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章绪论  11-17
  1.1 论文研究的目的和意义  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-15
    1.2.1 国外发展研究现状  13-14
    1.2.2 国内发展研究现状  14-15
  1.3 本论文主要研究工作  15-16
  1.4 论文的结构  16
  1.5 本章小结  16-17
第二章汽车转向动力学系统模型的建立  17-29
  2.1 整车动力学模型的建立  17-19
  2.2 车辆轮胎模型  19-23
  2.3 模型的实现及仿真实例  23-28
  2.4 本章小节  28-29
第三章汽车转向稳定性分析及控制策略  29-37
  3.1 稳定性分析  29-32
    3.1.1 侧滑产生  29-30
    3.1.2 侧滑分析  30-32
  3.2 汽车转向稳定性判定  32-35
    3.2.1 控制变量名义值  32-35
    3.2.2 车辆状态判断  35
  3.3 控制策略  35-36
  3.4 本章小节  36-37
第四章汽车转向防侧滑控制方法研究  37-53
  4.1 基于模糊控制的研究  37-40
    4.1.1 模糊控制的基本思想  37-38
    4.1.2 模糊控制基本原理  38-39
    4.1.3 模糊控制器设计的基本方法  39
    4.1.4 基于模糊控制理论的直接横摆力矩控制器的设计  39-40
  4.2 基于主动前轮转向与横摆力矩组合控制的模糊控制研究  40-44
    4.2.1 两自由度车辆模型  41-42
    4.2.2 参考模型  42
    4.2.3 前馈补偿控制器  42-43
    4.2.4 模糊反馈控制器  43-44
  4.3 基于预测控制的研究  44-49
    4.3.1 广义预测控制基本原理  44-46
    4.3.2 非线性预测控制算法  46-49
  4.4 制动力控制策略研究  49-51
  4.5 基于ABS 的车辆稳定性控制研究  51-52
  4.6 本章小节  52-53
第五章汽车转向防侧滑控制的仿真分析  53-67
  5.1 控制模块  53-55
    5.1.1 模糊控制模块  53-54
    5.1.2 联合控制模块  54
    5.1.3 预测控制模块  54-55
    5.1.4 基于ABS 的车辆稳定性控制系统模块  55
  5.2 控制系统仿真验证  55-64
    5.2.1 模糊控制系统的验证  55-58
    5.2.2 联合控制系统的验证  58-61
    5.2.3 预测控制系统的验证  61-62
    5.2.4 基于ABS 的车辆稳定性控制的验证  62-64
  5.3 对若干问题的讨论  64-65
    5.3.1 驾驶员转向意图的识别  64-65
    5.3.2 路况识别  65
    5.3.3 控制时机的选择  65
    5.3.4 将模糊与预测控制相结合  65
  5.4 本章小节  65-67
第六章总结与展望  67-71
  6.1 总结  67-68
  6.2 进一步研究设想  68-71
参考文献  71-76
致谢  76-77
附录A 攻读学位期间参与的科研项目及发表论文  77

汽车急转向防侧滑控制研究与仿真

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