基于驾驶员操控和悬架控制的汽车防侧翻研究

摘要

近年来，汽车产业蓬勃发展，交通事故也随之增多，其中车辆侧翻事故更容易造成严重的生命和财产损失，从而得到更多的关注。驾驶员对车辆的不合理操纵是造成车辆发生侧翻事故的原因之一，传统的侧翻研究方法中忽略了驾驶员的操控对车辆侧翻的影响，加入驾驶员模型构建“人–车”闭环系统更符合车辆发生侧翻的真实情况。 本文以质心较高的车辆为研究对象，建立了车辆模型和基于魔术公式的轮胎模型。通过与Carsim软件中的车辆模型进行对比，验证了所建立的车辆模型的正确性和合理性；建立了基于侧向加速度反馈的驾驶员模型，对驾驶员的预瞄时间进行了优化，得到了最优的预瞄时间，构建了“人–车”闭环系统。 车辆侧翻预测指标是进行控制的基础。本文建立了LTR以及PLTR两种侧翻预测指标，在计算PLTR侧翻指标时，考虑了驾驶员的影响，采用了驾驶员输出的方向盘转角进行计算。通过对LTR和PLTR侧翻指标进行对比分析，指出了使用PLTR指标可以提前预测车辆的侧翻事故，更趋于安全。分析了车辆参数、行驶速度以及反映驾驶员对车辆操纵能力的预瞄时间、神经反应延迟时间、动作反应延迟时间对车辆侧翻稳定性的影响，并得出了一般规律，提出了防止车辆发生侧翻事故的安全策略。 主动、半主动悬架可以通过对调节悬架参数产生附加的控制力。在对悬架系统做出简化和假设的基础上，给出了理想的附加控制力。结合相关控制方法，本文设计了基于悬架控制的模糊PID控制策略。针对鱼钩转向和双移线工况，分别作了开环和闭环系统仿真。仿真结果表明，所建立的防侧翻控制策略在两种工况下对车辆侧翻均有很好的控制作用。最后，对模糊PID的参数进行了优化，仿真结果表明优化后的控制器具有更好的控制效果。

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