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原文传递车辆稳定性系统和四轮转向系统集成控制研究

论文题名：	车辆稳定性系统和四轮转向系统集成控制研究
关键词：	稳定性系统;四轮转向系统;集成系统;多体动力学;硬件在环
摘要：	随着对汽车“安全、节能、环保”三大目标越来越高的要求，以及汽车行业越来越激烈的竞争，提高车辆操纵稳定性和安全性的研究受到人们的普遍重视。其中，车辆稳定性控制作为主动底盘控制的重要组成部分，已发展为现代汽车技术的一个重要方向，与已有的四轮转向控制的集成研究也开始受到研究者的重视。　　四轮转向控制曾经是主动底盘控制的研究热点之一，对于轨迹保持和侧偏角控制有易于实现的优势。然而，四轮转向控制对轮胎侧向力的依赖和轮胎侧向力及侧偏角饱和特性决定了其方法存在较大局限性，目前的发展方向是基于直接横摆力矩控制(DirectYawMomentControl，DYC)的车辆稳定性控制。　　车辆稳定性控制包含两方面的问题，即轨迹保持问题和稳定性问题，分别由车身质心侧偏角和横摆角速度来描述。对于轨迹保持问题，可以车身质心侧偏角为控制目标，对于稳定性问题，可以横摆角速度为控制目标，两者的耦合性也使得车辆稳定性控制算法的研究呈现多元化发展趋势，如横摆角速度控制或质心侧偏角控制或二者的联合控制。由于侧偏角主要是由车辆上的纵向力和侧向力来决定的，用制动力直接控制车辆上的侧向力是比较困难的，而四轮转向系统对轮胎侧向力的控制是直接有效的，因而车辆稳定性控制与四轮转向控制的集成研究具有技术驱动的因素。　　研究资料表明，以改善高速移线行驶操纵稳定性为主要目标的四轮转向系统通过轮胎侧向力对车辆质心侧偏角控制有易于实现的优势，能够满足一般行驶工况下的稳定性要求;而基于直接横摆力矩的车辆稳定性系统通过调节轮胎纵向力实现了紧急工况下轮胎侧向力趋于饱和状态时车辆丧失稳定性的问题，极限工况下的控制效果较好。于是，将四轮转向系统与车辆稳定性系统相结合，并寻求改善集成系统性能的方法，便成为车辆主动底盘控制新的发展方向。　　本文以车辆稳定性系统和四轮转向系统的控制研究为基础，探索车辆稳定性系统与四轮转向系统集成控制的方法，主要包括以下内容: 　　建立四轮转向横摆角速度反馈控制系统，考虑到轮胎等非线性因素的影响，同基于神经网络理论的四轮转向控制方法相结合，利用MATLAB神经网络工具箱设计了混合控制系统，实现了四轮转向车辆横摆角速度反馈与神经网络自适应混合控制。　　对车辆稳定性控制目标进行探讨，对基于直接横摆力矩的车辆稳定性控制逻辑进行分析，设计了一种基于横摆角速度反馈的稳定性控制系统。此系统由四轮制动逻辑控制器和单轮制动PID控制器组成，并同ABS系统的轮胎滑移率控制相结合以防止车轮失稳，解决了当轮胎侧向力接近附着极限或达到饱和状态时，车辆易丧失动力学稳定性的问题。　　分析了以质心侧偏角为控制目标的四轮转向系统和以横摆角速度为控制目标的车辆稳定性系统的各自特点，将两个子系统结合起来构成集成控制系统。集成控制系统综合利用两者优点，改善路径跟踪性能，提高转向的稳定性，增强高速行驶的灵活性和转向灵敏度，改善瞬态响应品质，使集成控制的综合性能优于单独控制。　　采用基于ADAMS与MATLAB的联合仿真方法进行计算。ADAMS用于建立系统的虚拟样机模型，MATLAB用于构建分层式集成控制系统。设计了下层子系统控制器和上层系统管理控制器，由上层系统管理控制器对车辆运行状态进行监控和决策。这种分层集成的方式，简化了子系统设计，便于系统扩展，增强了系统的可靠性。　　通过LabVIEW平台设计车辆稳定性控制实验台进行硬件在环仿真，使用自主开发的控制器进行了台架实验。实验结果表明该系统运行正常，控制效果良好。
作者：	宋宇
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：	2012
正文语种：	中文