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原文传递基于EPS/ESP的汽车横向运动稳定性及其混沌控制研究

论文题名：	基于EPS/ESP的汽车横向运动稳定性及其混沌控制研究
关键词：	汽车稳定性;横向运动;混沌控制;EPS系统
摘要：	近年来随着我国汽车工业的蓬勃发展，汽车已经逐渐走入了人们的日常生活之中。由于驾驶人员的不当操作等原因，导致了汽车在行驶过程中因横向失稳而造成的交通事故增多，给人身财产安全带来了巨大的损失。对保持汽车在急速转向或高速避障等极限行驶工况中的横向稳定性的主动安全技术的研究成为了热点。本文主要从对电动助力转向系统(Electric power steering，EPS)、汽车稳定性控制系统(Electronic stability program，ESP)以及横向运动中的混沌等方面进行了相关研究，来改善汽车横向稳定性。　　论文首先回顾了汽车稳定性研究的发展历程，介绍了EPS与ESP系统的工作原理以及它们在改善汽车稳定性方面的研究，再讨论了转向系统与ESP系统集成控制方面的研究，最后介绍了在汽车领域内对混沌的研究。总结了目前在汽车稳定性方面的研究现状。　　针对目前EPS控制器多是建立在确定数学模型基础之上的这一不足，建立了考虑转向系统转向柱刚度、助力电机电感以及助力电机传动机构减速比三个参数变化的EPS系统线性变参数(Linear parameter varying，LPV)模型，设计了H∞鲁棒控制器，并进行了仿真与硬件在环试验，结果均表明本文提出的该鲁棒控制器的控制作用比传统的EPS系统鲁棒控制具有更好的效果，使EPS系统的助力性能、路感以及汽车的操纵性能都得了改善。　　由于目前在ESP系统研究中，参考模型中的参数都是不变的，但是汽车在实际行驶中质心位置会因为加减速发生变化。针对这一不足，论文中建立了描述汽车横摆、侧向、纵向、垂向、侧倾以及包括四个车轮运动的汽车模型，利用卡尔曼滤波状态观测器实现对前后悬架力的估计，利用遗忘因子的递推最小二乘估计方法实现了对质心位置的估计;并运用该估计得到的质心位置来修正参考模型得到的横摆角速度与质心侧偏角的期望值，再设计了ESP系统的参数自整定模糊PID控制器;最后利用通过仿真表明本文提出的考虑质心位置变化的ESP控制器比未考虑的控制效果要好，使汽车在高速转向制动行驶时具有更好的横向稳定性。　　分析了EPS与ESP两系统在汽车高速转向或是紧急避障过程中对稳定性所发挥的贡献，利用Vague集的多目标模糊决策方法设计了上层控制器，实现了对EPS与ESP系统的分层协调控制，并通过对EPS与ESP控制器各自独立作用与分层作用两种情况进行了仿真，仿真结果表明分层协调控制的汽车在高速转向或者是连续避障工况下具有更好的横向稳定性。之后建立了三自由度汽车非线性模型，基于Lyapunov方法对其进行了横向运动的混沌分析和数值仿真，结果表明在一定条件下，汽车的横向运动是会出现混沌现象的。　　用自适应趋近律滑模变结构控制器对汽车的混沌进行控制，使汽车横向运动过程中的混沌现象得到了较好的抑制，并对未控制、滑模控制以及自适应趋近律滑模控制三种情况进行了数值仿真，仿真结果表明自适应趋近律滑模变结构控制对汽车的混沌有较好的抑制效果。　　搭建了基于VBoxⅢ数据采集系统的实车试验系统，基于质心位置修正的ESP控制算法设计了控制器，并利用该控制器在实车上进行了干燥与湿滑路面两种情况下的双移线试验，试验结果与数值仿真结果相符合，验证了本文所提出控制策略的有效性。
作者：	张荣芸
专业：	车辆工程
导师：	陈无畏
授予学位：	博士
授予学位单位：	合肥工业大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文