基于虚拟技术的汽车电子稳定程序测控系统的研究

摘要

采用车载传感系统对汽车行驶的纵向、侧向、横摆运动状态、车轮运动状态、发动机工作状态、自动变速器工作状态、制动工作状态以及驾驶员转向意图等进行自动识别与分析,进而对发动机力矩、变速器档位和驱动轮制动等进行综合控制的测量与控制系统,是汽车电子稳定程序(Electronic Stability Program,简称ESP)的关键技术之一,其工作性能直接影响到汽车操纵稳定性、加速性和制动性。针对目前ESP的驱动力和制动力控制方式中,由于行驶中的轮胎的侧偏特性、轮胎与路面之间的侧偏力、作用于车轮上的制动力、牵引力的非线性,而使ESP控制参量(如横摆角速度和质心侧偏角)出现较大控制偏差,甚至造成ESP不能正常工作,汽车丧失操纵稳定性等严重问题,论文以排量为2.4L的中级轿车为控制对象,利用具有集成与组合性能强、开发周期短和扩展性强的虚拟技术,研究基于虚拟技术的汽车电子稳定程序测控原理及其方法,研制汽车电子稳定程序测控系统。论文为985-2期汽车科技创新平台建设项目。 论文首先介绍了国内外汽车电子稳定程序的研究现状和发展趋势,阐述了汽车ESP控制在汽车主动安全上的重要作用。根据汽车系统动力学和自动控制的基本原理,以排量为2.4L的中级轿车为对象,运用ADAMS/Car建立了96自由度整车虚拟样机模型,并以此分析了汽车纵向、侧向、横摆运动状态、车轮运动状态、制动工作状态以及驾驶员转向意图等主要因素对ESP的影响。针对汽车行驶过程中的非线性时变的特点,论文研究出基于最佳附加横摆力矩的ESP两变量控制方法,设计了基于横摆角速度和质心侧偏角两变量的ESP模糊自整定PID控制算法。并以整车虚拟样机模型为控制对象,综合运用ADAMS/Car与MATLAB对此控制方法进行了软件在环仿真验证。在此基础上,研制了基于虚拟技术的ESP测控系统,该系统通过基于LABVIEW的PXI虚拟仪器,实现了基于ADAMS/Car的虚拟样机、基于MATLAB的虚拟控制器与汽车ESP驱动和制动系统的集成,并以此对ESP控制方法进行了硬件在环仿真试验验证。 论文最后对研究结果进行了归纳总结,并对今后的研究工作提出了建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1汽车主动安全的研究意义

1.2汽车电子稳定程序(ESP)的研究意义与现状

1.2.1研究意义

1.2.2国内外的研究现状

1.3汽车ESP的控制思想与系统组成

1.3.1 ESP的控制思想

1.3.2 ESP的系统组成

1.4汽车动力学稳定性分析与ESP控制结构

1.4.1汽车动力学稳定性分析

1.4.2 ESP控制结构

1.5本文的主要研究工作

第二章汽车整车动力学模型的建立与分析

2.1汽车动力学建模的三种方法简介

2.2整车动力学模型的建立与分析

2.2.1整车动力学受力特性分析

2.2.2整车动力学模型的建立

2.3轮胎模型的建立与轮胎特性仿真分析

2.3.1轮胎坐标系

2.3.2魔术公式

2.3.3基于魔术公式的轮胎特性仿真分析

2.4整车动力学仿真模型的建立与仿真分析

2.5基于驾驶员期望的汽车行驶模型的建立与分析

本章小结

第三章基于ADAMS/Car的整车虚拟样机建模与仿真

3.1 ADAMS/Car简介与多体动力学建模步骤

3.1.1 ADAMS/Car简介

3.1.2基于ADAMS/Car的多体动力学建模步骤

3.2整车虚拟样机子模块的建立

3.2.1前悬架的建模

3.2.2后悬架的建模

3.2.3制动系统的建模

3.2.4转向系统的建模

3.2.5车身的建模

3.2.6轮胎的建模

3.2.7动力与传动系统的建模

3.2.8横向稳定杆的建模

3.3整车虚拟样机的装配

3.3.1专家模块转化成子系统

3.3.2子系统装配成整车虚拟样机模型

3.3.3整车虚拟样机模型的效验

3.4路面状况对汽车动力学稳定性的影响分析

3.5车速对汽车动力学稳定性的影响分析

3.6转弯工况下转向角大小对汽车动力学稳定性的影响分析

本章小结

第四章汽车电子稳定程序(ESP)控制方法的研究

4.1模糊控制的基本理论

4.1.1模糊控制的基本原理

4.1.2模糊控制器设计的基本方法

4.2 ESP模糊控制算法的研究

4.2.1 ESP模糊控制器的结构

4.2.2精确量的模糊化与语言变量的建立

4.2.3 ESP模糊控制规则的建立

4.2.4模糊推理

4.2.5解模糊及ESP模糊控制表

4.2.6 ESP模糊控制器的SIMULINK实现

4.3 ESP的模糊自整定PID控制方法的研究

4.3.1 ESP模糊自整定PID控制的结构

4.3.2精确量的模糊化与模糊控制规则的建立

4.3.3模糊推理与ESP模糊自整定PID控制的SIMULINK实现

4.4附加横摆力矩分配方式研究

本章小结

第五章基于ADAMS/Car与MATLAB的软件在环仿真

5.1 ADAMS与MATLAB联合仿真概述

5.2 ESP软件在环仿真模型的建立

5.2.1ADAMS与MATLAB联合仿真的基本步骤

5.2.2建立ESP的软件在环仿真模型

5.3不同试验工况下ESP软件在环仿真分析

5.3.1方向盘角阶跃输入试验软件在环仿真分析

5.3.2双移线试验软件在环仿真分析

5.3.3方向盘转角多周期正弦输入试验软件在环仿真分析

本章小结

第六章基于虚拟技术的ESP硬件在环仿真试验研究

6.1虚拟仪器与硬件在环仿真概述

6.2基于虚拟技术的ESP测控系统的开发

6.2.1软件仿真环境与仿真模型

6.2.2硬件在环测控系统的硬件实施方案的研究

6.2.3硬件在环测控系统的硬件实施方案的分析

6.2.3 ESP测控系统搭建

6.3基于虚拟技术的ESP硬件在环试验

6.3.1制动力矩的实时控制

6.3.2双移线试验硬件在环仿真分析

6.3.3方向盘转角多周期正弦输入试验硬件在环仿真分析

本章小结

结论与建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢