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原文传递汽车底盘集成控制系统设计与开发

论文题名：	汽车底盘集成控制系统设计与开发
关键词：	底盘集成控制系统;汽车底盘;滑移率;方向稳定性
摘要：	汽车制动防抱死控制(ABS)、驱动防滑控制(TCS)和直接横摆力矩控制(DYC)是目前最典型的底盘主动安全控制技术，它们对于提高车辆的制动性能、牵引性能、操纵性能和稳定性能，避免危险交通事故发生具有重要的意义，因而受到广泛关注。本文主要采用实用化技术围绕上述三种控制系统，设计开发平台，研究控制方法和控制策略，探索一种汽车电子产品的开发方法和思路，力求理论分析更加深入、开发产品更接近实际使用要求。车辆系统动力学模型的建立使整个研究工作的基础。在深入分析底盘集成控制系统的组成和工作原理之后，建立了比较完整的多自由度车辆系统动力学模型，包括整车的动力模型、发动机模型、传动系统模型、液压制动系统模型、Pacejka非线性轮胎模型和制动器模型等部分。通过仿真结果和仿真数据的比较，表明所建立的模型具有一定的精度，可以满足本文研究工作的需要。硬件在环仿真技术(HIL)在汽车电子领域已经得到了广泛应用，本文应用这一新技术，以工控机(带数据采集卡)为载体，嵌入电控单元、电磁阀等实际部件，建立底盘集成控制混和仿真试验台。采用高级语言C++设计系统仿真控制软件，它具有良好的可视化界面，灵活进行操控和修改控制参数。同时，制作了接口电路和传感器信号模拟电路，实现电控单元与工控机之间的数据通讯。基于FreeScale(飞思卡尔)16位单片机--MC9S12DP256设计了底盘集成控制系统电控单元(ECU)，主要包括单片机最小系统电路和外围输入输出信号处理电路。同时，由于控制策略的复杂性和多样性，本文成功将嵌入式实时操作系统UC/OS-II移植到该单片机上，大大提高单片机的效率和处理多任务的能力。在实时操作系统下，编制了底盘集成控制程序。最后的仿真结果验证了控制系统硬件、软件的可靠性和实时性。深入研究目前主动安全性的实用化技术，采用逻辑门限控制方法为基本控制策略，分别设计了制动防抱死、驱动防滑和直接横摆力矩控制算法，并成功将三者有机结合在一起，实现底盘综合控制。制动防抱死控制算法以加速度门限为主控制参数、滑移率为辅助控制参数，实时对路面进行识别，以获得良好控制效果。驱动防滑控制算法以左右轮速差门限控制为主，滑移率控制为辅，实现车辆在分离路面和低附路面的起步加速防滑。横摆力矩控制算法横摆角速度和质心侧偏角为主要控制参数，基于线性两自由度模型估算名义横摆角速度和名义侧偏角，与实际传感器测得的横摆角速度和侧偏角的差值判断车辆的失稳程度，而以滑移率为目标实现单轮制动获得附加横摆力矩，保持车辆的行驶轨迹和方向稳定性。在前面建立的硬件在环仿真试验台上，嵌入所设计的电控单元和电磁阀，进行制动防抱死、驱动防滑和附加横摆力矩多工况仿真试验，验证和评价控制器硬件电气特性和内部控制策略，实时给出仿真结果，不断完善修改控制参数，直到获得满意控制效果。从仿真结果看，该底盘集成控制系统能有效对车辆制动、起步和高速弯道行驶等工况进行干预、调节，有利于提高车辆的安全性、操控性。最后，本文对模糊控制理论在汽车防抱死制动系统上的应用进行了研究，开发了基于滑移率模糊控制算法。利用MATLAB模糊工具箱设计了常规ABS模糊控制器，进行模糊化、反模糊化处理，制定了模糊规则。而且，基于MATLAB/Simulink建立车辆系统动力学仿真模型。通过仿真，证明了基于滑移率的模糊控制算法控制下的车辆具有良好的制动性能，车轮滑移率始终控制在最佳滑移率范围内。
作者：	邱绪云
专业：	车辆工程
导师：	吴光强
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学汽车学院
学位年度：	2006
正文语种：	中文