考虑平顺性的汽车侧翻稳定性分层协调控制及优化

摘要

多数汽车防侧翻控制系统，其本质是以提高汽车等效侧倾刚度来达到抗侧翻目的，这在一定程度上是以牺牲整车行驶平顺性为代价的。主动横向稳定杆控制（ARS）是通过前后主动横向稳定杆产生的力矩改变前后轴的等效侧倾刚度，这样不仅可以提高整车侧翻稳定性，还可通过前后轴抗侧倾力矩的分配改善车辆的不足或过度转向；差动制动控制（DBC）也称为直接横摆力矩控制（DYC），它是根据需要对不同车轮施加不同的制动力来改变汽车运行状态的一种主动控制方法。它能很好地解决轮胎侧向力接近或达到附着极限饱时，汽车易丧失运动稳定性的问题，同时还可改善整车行驶平顺性问题。
　　本文从汽车系统动力学理论的角度出发，以车辆和轮胎系统在纵向、侧向以及垂向在内的耦合为基础，建立汽车侧向、垂向、纵向、横摆、侧倾及四轮垂向位移9自由度动力学系统模型，并针对不同工况分别建立纵滑、侧偏及纵滑-侧偏联合工况魔术轮胎模型。在侧翻经典模型基础上研究了影响汽车侧翻稳定性因素，并建立了整车侧翻稳定性和行驶平顺性评价体系。
　　然后，对ARS系统进行了详细设计，通过模糊PID控制将车身侧倾角及侧倾角速度限定在一安全范围内，对比验证ARS系统的控制效果及控制特性；同时也设计了DBC控制系统，以线性二自由度模型为控制系统参考模型，对车辆理想横摆角速度进行计算，结合转向方向和过度及不足转向特性，确定制动轮胎及制动力大小。通过探讨各子系统的控制特点，建立整车分层协调控制系统，在提高汽车侧倾稳定性的同时能保证汽车的行驶平顺性。
　　最后，以上层协调控制器两个触发因子和两子控制器四个量化因子为设计变量，以整车侧翻稳定性和行驶平顺性为目标函数进行多目标遗传算法优化，仿真结果体现了优化的必要性和有效性。

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第 1 章 绪 论

1.1 论文选题背景及意义

1.2 国内外相关领域现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本章小结

第 2 章 汽车动力学模型与评价体系

2.1 路面输入模型

2.2 轮胎模型

2.3 整车动力学模型

2.4 影响汽车侧倾稳定性因素研究

2.5 平顺性和侧翻稳定性综合评价指标体系

2.6 本章小结

第 3 章 ARS 与 DBC 子系统分析与研究

3.1 ARS 控制子系统研究

3.2 DBC 控制子系统研究

3.3 本章小结

第 4 章 ARS 与 DBC 分层协调控制

4.1 分层协调控制

4.2 分层协调控制系统设计

4.3 本章小结

第 5 章 考虑平顺性的控制系统优化

5.1 建立高维近似模型

5.2 基于遗传算法的多目标优化

5.3 遗传算法多目标优化结果的对比分析

5.4 本章小结

总结与展望

全文总结

论文主要创新点

工作展望

参考文献

致谢

附录 A(攻读硕士学位期间发表的论文)