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原文传递车辆稳定性系统控制策略及其关键技术研究

论文题名：	车辆稳定性系统控制策略及其关键技术研究
关键词：	车辆稳定性系统;控制策略;仿真分析;道路试验
摘要：	随着汽车行驶速度和道路车辆密度的提高，由于车辆失控造成的交通事故发生率呈现逐年上升趋势，引入车辆电子控制主动安全装置用于提高车辆主动安全性能是有效降低交通事故发生率的重要途径。车辆稳定性系统(VSC)作为主动安全装置的典型代表受到了众多汽车厂商的关注。该系统可以在制动过程中主动分配四个车轮的制动强度，利用制动力差异产生的横摆力矩纠正车辆的不稳定状态，提高汽车的操纵稳定性的方向稳定性。　　本文在分析车辆稳定性系统自身特点和研究现状的基础上，以国产某款短轴距商用车为研究对象，针对VSC系统的车辆动力学建模、系统控制算法设计、系统状态估计算法设计、系统ECU设计、系统开发方法等方面进行详细研究，提出基于混合仿真技术建立一种高效的车辆稳定性系统开发平台。该平台可以在实验室条件下，模拟车辆在各种极限工况下的运行状态，实现对车辆稳定性系统控制算法、系统状态估计算法的性能验证和参数标定功能；通过搭载相应传感器，实现车辆稳定性系统的道路试验验证功能。论文的主要研究工作及创新成果概括如下：　　 1．针对目标车型特点和车辆稳定性系统的设计要求，采用模块化设计方法建立了包括制动系统模型、液压调节器模型、车轮动力学模型、轮胎模型和整车模型的八自由度非线性车辆模型。通过目标车型的操纵稳定性试验数据验证模型的动力学特性。车辆模型可以实现在各种路面条件下直线制动、转向制动的仿真要求，为车辆稳定性系统开发平台提供模型基础。　　 2．采用模块化设计思路开发车辆稳定性系统ECU，主要包括基于TMS320F2812的主控单元模块、系统电源模块、信号处理模块、功率驱动模块和通讯模块。在此基础上利用dSPACE实时仿真环境建立车辆稳定性系统开发平台，论文从车辆稳定性系统各个开发阶段的研究目标出发，详细论述了开发平台的功能设计方案。在Matlab/Simulink环境中搭建用于系统仿真的车辆模型和车辆稳定性系统控制算法。本文利用该平台主要实现了车辆稳定性系统的离线仿真、硬件在环仿真、以及实车试验验证。　　 3．车辆侧向动力学特性分析表明：车辆横摆运动和侧向运动之间存在强耦合关系，横摆角速度和质心侧偏角均能表征车辆稳定性，提出将横摆角速度和质心侧偏角作为车辆稳定性系统的联合控制目标；依据车辆稳定性系统控制要求，采用分层结构设计VSC系统控制算法，以横摆角速度和质心侧偏角为控制目标，分别基于滑模控制理论和PID控制理论设计上层VSC控制算法，以车轮滑移率为控制目标，基于模糊控制理论设计下层ABS控制算法，通过基于模糊逻辑的目标滑移率分配算法融合VSC控制算法和ABS控制算法实现车辆稳定性系统总体设计功能；针对实际应用中车速、质心侧偏角和路面附着系数需要估计的问题，基于多传感器融合技术，设计相关状态变量的观测器。　　 4．基于车辆动力学模型和车辆稳定性系统控制算法在Matlab/Simulink环境下搭建离线仿真平台，对车辆稳定性系统的ABS控制算法和VSC控制算法进行仿真分析，完成了直线制动、对开路面制动、阶跃转向、正弦增加转向等工况的离线仿真。仿真结果表明：离线仿真平台可以实现车辆稳定性系统控制算法在各种路面条件和操纵条件下的性能分析，所设计的车辆稳定性系统能有效提高车辆的制动稳定性和方向稳定性，实现横摆角速度跟踪和质心侧偏角限幅的控制目标。　　 5．基于车辆稳定性系统开发平台设计包括传感器(压力传感器、方向盘转角传感器)、执行机构(转向系统、制动系统)、车辆稳定性系统ECU、以及车辆仿真模型的硬件在环仿真平台。利用该平台实现了系统ECU在典型极限行驶工况下的性能测试。试验结果表明：车辆稳定性系统ECU通过车轮制动力的合理分配有效抑制车辆的不稳定转向趋势，提高车辆的操纵稳定性和方向稳定性；利用硬件在环仿真技术可以有效提高车辆稳定性系统开发效率，在实验室条件下，实现对车辆稳定性系统ECU的标定功能，有效缩减系统开发成本和开发周期。　　 6．将本文设计的车辆稳定性系统ECU试装于国产某款短轴距商用车，在车辆稳定性系统开发平台基础上，对改装车辆进行了典型路面直线制动和双移线避障试验。试验结果表明：自主设计的车辆稳定性系统ECU能够辅助驾驶员在极限行驶工况下实现对车辆的安全操控，控制算法运行稳定。
作者：	皮大伟
专业：	机械工程;车辆工程
导师：	陈南
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文