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原文传递内模控制在汽车稳定控制中的应用研究

论文题名：	内模控制在汽车稳定控制中的应用研究
关键词：	汽车稳定控制;内模控制;仿真测试;抗干扰能力;非对称特点
摘要：	随着社会的进步和经济的发展，汽车成为人们日常生活中所必需的交通工具之一，汽车主动安全控制也成为汽车研究的重点之一。汽车操纵稳定性是汽车主动安全控制非常重要的内容，车辆高速避障和紧急避险时起着至关重要的作用。　　汽车稳定控制系统可分为传感器部分、主控单元和执行机构三大部分，其中主控单元的核心部分是控制策略，控制策略直接决定着汽车稳定控制系统的性能，进而影响驾驶的安全性。本文着重对汽车稳定控制策略进行研究，针对不同操控方式的车辆首先解决了其中涉及的非线性问题，然后采用内模控制算法设计了不同的车辆内模稳定控制系统，并引入多种驾驶工况对控制策略进行了仿真测试，最后，在一辆试验车上装配了内模稳定控制系统，根据FMVSS-126测试评价标准设计并进行了实车试验，验证了控制策略的效果。　　本文的主要研究内容和成果概括如下：　　一、建立了简单、易行、精度高的车速和车身侧偏角的估测模型。本文在车载传感器的基础上，基于车辆动力学公式，通过理论推导得到了可测车辆运动参数与车速、车身侧偏角之间的关系，从而建立了简单、易行的车速和车身侧偏角估测模型，然后采用CarSim这一车辆动力学仿真软件对所建模型的估测结果进行了验证，验证结果显示该估测模型具有较高的估测精度，能够满足车辆稳定控制系统的精度要求。　　二、建立了MIMO线性内模稳定控制系统模型。本文从控制难易的角度出发，首先选择了符合MIMO线性系统特点的四轮主动转向车辆进行稳定控制建模。在对轮胎特性进行详细分析的基础上，提出了可行的线性控制理论，并基于此将4WS车辆的稳定控制纳入到MIMO线性系统控制之中。然后根据4WS车辆的特点，建立了3DOF线性内部车辆模型，并在该模型基础上设计了MIMO内模控制器。最后为了测试所建内模控制器的性能，又引入了线性二次型最优控制作为参考算法，通过在多种开环和闭环输入工况下的仿真测试，验证了MIMO线性内模稳定控制器良好的控制效果。　　三、建立了MIMO伪线性内模稳定控制模型。为了进一步验证内模控制算法的鲁棒性，本文又选择了具有明显非线性特点的主动前轮转向和主动制动的车辆进行控制建模。本文首先分析了前轮主动转向和四轮独立制动中存在的非线性特点，然后首次将逆系统方法和内模控制算法相结合，建立了MIMO伪线性内模控制器，最后引入多种开环和闭环的驾驶工况，对所建立的MIMO伪线性内模控制器进行了仿真测试，并将测试结果与MIMO线性内模稳定控制器进行了对比，对比结果显示MIMO伪线性内模稳定控制器具有响应速度快、控制精度高和鲁棒性强等特点。　　四、建立了MISO伪线性内模稳定控制模型。本文在MIMO伪线性内模稳定控制的基础上，又选择输入输出非对称的四轮独立制动车辆进行控制建模。首先，通过对四轮独立制动车辆的特点分析，确定了最优稳定制动控制策略，根据该控制策略四轮独立制动属于MISO系统，具有明显的输入输出非对称特点。然后，本文将逆系统和内模控制算法结合，并进行了适当的调整建立了MISO伪线性内模稳定控制器。最后，将本文所建立的各种内模控制器在开环和闭环工况下进行了综合比较，着重测试了其鲁棒性和抗干扰能力。　　五、设计并进行了实车实验。本文参考FMVSS-126测试标准，对安装了交大神舟自制液压执行机构的四轮独立制动试验车设计了稳定性测试方法，并完成了实车测试实验。经实验验证，本文设计的MISO伪线性内模控制器能够帮助试验车通过稳定性的测试实验。
作者：	门金来
专业：	汽车动力学
导师：	陈杰
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文