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原文传递汽车横摆稳定控制方法研究

论文题名：	汽车横摆稳定控制方法研究
关键词：	汽车转向;横摆稳定控制;制动力矩;稳定控制器;非线性动力学特性
摘要：	汽车横摆稳定控制通过对车轮施加制动力矩,调节以横摆率表征的转向速度,使其跟踪参考横摆率,提高汽车转向稳定性和操控性。该研究得到了国内外学者的广泛关注,具有重要的理论和工程意义。　　本文从汽车动力学建模、轮胎力观测器设计、非线性横摆稳定控制器以及约束横摆稳定控制器设计几个方法对横摆稳定控制问题进行了深入研究,具体内容如下。　　本文首先讨论了汽车非线性动力学特性,分析了对横摆动态起主要影响的因素,结合横摆稳定控制中不同工况下仅对一个车轮制动的控制策略,将非制动车轮的轮胎力处理为外部时变输入,建立了以车身横摆率、制动车轮滑移率为状态,以制动车轮制动力矩为控制输入的离散非线性横摆动态模型。在此基础上，本文使用高精度车辆动力学仿真软件中对模型精度进行了检验。结果表明,在汽车转向稳定工况、转向极限工况和车轮附加制动力矩工况中,此模型均能较准确地反映汽车转向非线性动态特性,适合横摆稳定控制器设计。　　为了实时获取非制动车轮轮胎力,本文着重研究了轮胎力观测问题。通过对车轮动态模型中轮胎纵向力的分析与处理,使得轮胎纵向力估计问题转化为未知输入重构问题,分析了轮胎力连续滑模观测器在车载控制器应用中的不足,给出了一种轮胎纵向摩擦力的离散滑模观测器设计方法,分析了观测器的稳定条件,并根据汽车横摆稳定控制特点,讨论了滑模观测器参数取值方法。本文给出的离散滑模观测器考虑了采样时间对于系统穿越滑模面的切换频率限制,且通过将观测误差约束到所设计的边界层中,避免了过度抖振。根据估计的纵向力,通过轮胎横向力和纵向力的代数关系,计算横向力。仿真结果表明,本文的方法具有较高的轮胎力观测精度。　　在横摆动态建模和观测器设计的基础上，本文研究了非线性横摆稳定控制问题。由于建立的汽车横摆动态模型具有严格反馈形式,故在反步法控制思想框架下,通过设计滑模控制器求取控制输入和虚拟控制输入,分析了控制器参数取值范围,使用输入到状态稳定理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,控制器对汽车纵向动态影响较小,控制器较为简单,参数易于调节,并且在汽车参数显著变化时,仍然具有较好的控制性能。　　但是上述的非线性横摆稳定控制器并未考虑滑移率约束条件,为此,本文最后研究了基于显式预测控制的约束横摆稳定控制方法,以兼顾滑移率约束和运算实时性。通过将非线性横摆动态模型分段线性化处理避免了非线性优化问题,并设计针对横摆稳定控制的优化问题,在此基础上，使用多参数离线优化方法求取了控制器的显式解。仿真结果表明,约束横摆稳定控制器在保证汽车转向稳定的前提下,使车轮的滑移率较小。
作者：	周洪亮
专业：	控制科学与工程
导师：	刘志远
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文