汽车目标横摆力矩控制系统与半主动悬架的联合控制研究

摘要

近年来，随着人们对汽车操纵稳定性、乘坐舒适性以及安全性等性能要求的逐步提高，以往仅通过控制汽车某一子系统以实现整车局部性能的优化已经不能满足当今汽车行业快速发展的要求，基于汽车底盘一体化的控制研究由于能够显著改善车辆综合性能，因此将会是今后一段时间内的重点研究方向。
　　目标横摆力矩控制系统通过主动分配左右车轮驱动力矩从而提高汽车在转向时的操纵稳定性，改善车辆转向性能与侧向稳定性。同时，半主动悬架系统以其阻尼可调的特点从而优化汽车在不平路面上行驶时的行驶平顺性与乘坐舒适性。本文以上述两系统为研究对象，通过两者的联合控制实现四轮驱动汽车综合性能的提高。本文的主要研究内容如下：
　　①分析了由三联齿轮和行星排组成的目标横摆力矩控制系统的扭矩分配特性。建立了考虑轮胎垂直载荷变化的车辆线性动力学模型与轮胎侧向动力学非线性特性的车辆非线性动力学模型。在确定车辆动力学总体结构的基础上，建立了四轮驱动汽车整车动力学模型，包括驾驶员模型、发动机模型、传动系统模型、车轮滚动模型和H.B.Pacejka轮胎模型、半主动悬架模型以及辅助计算模块。
　　②研究了基于线性二自由度模型的目标横摆角速度与目标质心侧偏角计算方法。分析了滑模变结构控制基本原理，设计了基于滑模变结构控制算法的目标横摆力矩控制系统，提出了基于汽车侧向稳定性响应识别的车轮驱动力矩分配控制策略。确定了四轮驱动汽车半主动悬架系统的控制器结构，设计了基于双模糊控制器的半主动悬架控制系统。
　　③基于Matlab/Simulink开发工具搭建了基于目标横摆力矩控制与半主动悬架联合控制的整车仿真平台，并在随机路面工况、阶跃转向工况和分离路面转向工况下进行了性能仿真分析，结果表明：采用本文所设计的基于目标横摆力矩控制的轮间驱动力矩分配控制策略能够根据车辆运行状态主动分配左右车轮驱动力矩，提高了车辆的转向性能和侧向稳定性；同时基于双模糊控制器的半主动悬架系统降低了汽车在不平路面上的车身振动加速度以及悬架动挠度，改善了汽车的行驶平顺性与乘坐舒适性；两子系统之间的联合控制在保证汽车动力性的前提下有效提高了车辆综合性能。

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1 绪 论

1.1 研究的目的和意义

1.2 四轮驱动汽车若干关键技术及研究现状

1.3 汽车悬架系统及其控制研究

1.4 本文主要研究内容

2 半主动悬架与轮间扭矩分配数学基础

2.1 路面激励信号分析

2.2 悬架系统的性能评价指标

2.3 悬架系统动力学模型

2.4 轮间扭矩分配特性研究

2.5 本章小节

3 四轮驱动汽车动力学模型

3.1 驾驶员模型

3.2 轮胎模型

3.3 整车动力学模型

3.4 发动机及传动系统数学模型

3.5 辅助计算模块

3.6 本章小节

4 目标横摆力矩与半主动悬架的联合控制策略研究

4.1 线性二自由度模型

4.2 车辆动力学仿真验证

4.3 基于滑模变结构的目标横摆力矩控制系统设计

4.4 基于目标横摆力矩的驱动力矩分配控制策略

4.5 半主动悬架模糊控制系统

4.6 四轮驱动汽车联合控制系统总体结构

4.7 本章小结

5 目标横摆力矩与半主动悬架联合控制性能仿真分析

5.1 联合仿真模型

5.2 整车模型仿真参数

5.3 目标横摆力矩与半主动悬架联合控制性能仿真分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间申请的专利目录

C. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目