联合主动横向稳定杆与差动制动的操纵稳定性研究

摘要

随着我国汽车产业的高速发展、公路建设技术的日趋完善以及汽车在国民日常生活和工作中所扮演的角色越来越重要，人们对于汽车的性能要求除了燃油经济性、乘坐舒适性以及被动安全性等以外，将更加注重车辆的操纵稳定性和主动安全性。因此，如何避免交通事故的发生以及保证车辆的高速平稳行驶已成为当前国内外汽车制造厂商和研究机构广泛关注的问题。本文针对车辆操纵稳定性问题，将主动横向稳定杆与差动制动系统进行联合控制以提高车辆的行驶稳定性。
　　针对主动横向稳定杆控制技术的研究，通过对传统被动式横向稳定杆力学模型的分析，设计了一种双电机驱动式主动横向稳定杆。在所建立的整车动力学模型基础上确定了主动横向稳定杆的目标控制变量，通过MATLAB软件对其进行连续化处理得到车身理想侧倾角关于侧向加速度的理想函数曲线。对整车动力学模型进行简化处理得到主动横向稳定杆控制器的数学模型，结合所设定的车辆动力学约束、控制变量约束以及输出约束完成了主动横向稳定杆控制器的设计。
　　在对差动制动控制系统的研究中，依据车辆制动过程中轮胎滑移率最优控制理论，采用各个车轮单独制动模式分析其滑移率对车辆横摆稳定性影响，制定了差动制动系统的控制策略。通过对线性二自由度车辆模型分析，得出了目标控制变量的理想模型以及基于该控制变量的车辆稳态判据，结合所建立的非线性动力学模型与各种约束条件完成了差动制动系统的控制器设计。
　　结合主动横向稳定杆与差动制动系统各自功能特点，采用集成控制理论中的协调控制作为主动横向稳定杆与差动制动联合控制系统的控制方法。在所完成的控制器结构设计基础上，采用MATLAB语言在Simulink中的S函数环境下完成了基于模型预测控制理论的主动横向稳定杆和差动制动系统控制器编程，并最终完成了联合控制系统协调控制策略的制定。
　　采用CarSim和Simulink软件完成了联合仿真平台的搭建，分别在弯道制动和双移线工况下进行主动横向稳定杆控制系统、差动制动控制系统以及主动横向稳定杆与差动制动联合控制系统的仿真试验。通过对仿真试验结果对比分析得出，主动横向稳定杆与差动制动联合控制系统相对于单一控制系统对车辆侧倾问题的改善效果更为显著，且能够更为有效地抑制车辆在极限工况下的横向摆动，进而可使车辆具有更好的操纵稳定性。

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第一章 绪论

1.1 论文研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 主动横向稳定杆控制技术研究

2.1 主动横向稳定杆概述

2.2 横向稳定杆动力学模型

2.3 车辆动力学模型及理论基础

2.4 车辆理想侧倾角的确定

2.5 主动横向稳定杆控制器设计

2.6 本章小结

第三章 差动制动稳定性控制研究

3.1 差动制动稳定性控制理论

3.2 差动制动稳定性控制策略

3.3 差动制动理想参考模型建立

3.4 差动制动控制器设计

3.5 本章小结

第四章 主动横向稳定杆与差动制动联合控制研究

4.1 车辆稳定性联合控制系统概述

4.2 联合控制方案的确定

4.3 子系统控制理论与控制系统建模

4.4 联合控制系统设计

4.5 本章小结

第五章 仿真试验与结论分析

5.1 仿真软件简介

5.2 仿真平台搭建与参数设置

5.3 仿真试验与结果分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及其他科研成果

附录A 主动横向稳定杆控制系统仿真模型

附录B 差动制动控制系统仿真模型