基于卡尔曼滤波的AFS和DYC协调控制

摘要

转向系统是车辆的重要组成部分，转向系统影响车辆的操纵稳定性和安全性，主动前轮转向（AFS）通过施加独立于驾驶员的前轮转角，改善车辆的操纵稳定性，提升车辆在分离路面、对接路面下的行驶安全性。但是AFS在低附着路面下控制能力有限，且车辆更容易在低附着路面上失稳。直接横摆力矩控制（DYC）通过对车轮实施制动，产生附加横摆力矩，在低附着路面上有很好的控制效果，但是DYC对车辆纵向速度影响大，所以有必要对AFS和DYC进行集成控制，充分发挥AFS和DYC的优势。
　　本文首先建立了四自由度车辆模型和非线性魔术轮胎数学模型，并在Matlab/Simulink中建立了仿真模型，为了保证车辆模型的准确性，本文通过车辆动力学分析软件Carsim对所建模型进行了验证。
　　其次，考虑到路面附着系数对底盘控制系统的控制精度影响很大且不易直接测量，本文介绍了卡尔曼滤波理论，并详细介绍了无迹卡尔曼滤波算法以及龙格库塔离散方法，并利用无迹卡尔曼滤波对低附着路面和对接路面进行了估计并利用Carsim软件进行了验证，仿真结果表明此估计方法准确有效，可用作后续的底盘控制系统中。
　　然后介绍了滑模变结构控制原理，并建立了车辆二自由度理想模型，其中理想横摆角速度的极值考虑了路面附着系数的影响。然后利用滑模控制建立AFS控制器并在低附着路面和对接路面上验证了该控制算法的有效性。
　　接着，同样利用滑模控制建立了DYC控制器，DYC控制器分为上下两层，上层控制器得到车辆所需的总的附加横摆力矩，下层控制器进行轮胎制动力的分配，制动力分配考虑了轮胎附着椭圆的影响。
　　最后介绍了AFS和DYC控制的相互影响，分析了AFS和DYC集成控制的必要性，同时总结了多个学者的AFS和DYC集成控制的控制方案，最后本文采取的是利用不同侧向加速度不同路面附着系数下的AFS和DYC所能提供的附加横摆力矩极限进行AFS和DYC的协调控制，该控制方案充分利用了AFS干预时纵向速度变化平滑和DYC在轮胎非线性区域控制效果好的优势，在不过分影响驾驶舒适性的情况下大大提高车辆的安全性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1选题背景及意义

1.2国内外相关领域研究现状

1.3本文研究的主要内容

1.4本章小结

第2章 车辆动力学建模及验证

2.1整车动力学模型

2.2轮胎模型选择

2.3车辆动力学模型的验证

2.4本章小结

第3章 路面附着系数估计

3.1路面附着系数识别方法介绍

3.2状态估计介绍

3.3卡尔曼滤波理论

3.3基于UKF的路面附着系数估计

3.4本章小结

第4章 车辆主动转向控制器设计

4.1主动转向控制概述

4.2滑模变结构控制理论基本原理

4.3基于UKF的主动转向控制器设计

4.4仿真分析

4.5本章小结

第5章 直接横摆力矩控制器设计

5.1直接横摆力矩控制概述

5.2直接横摆力矩控制策略设计

5.3仿真分析

5.4 本章小结

第6章 AFS和DYC协调控制

6.1 AFS和DYC协调控制概述

6.2 AFS和DYC协调控制策略

6.3 AFS和DYC协调控制器设计

6.4 仿真分析

6.5本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录