ESP——汽车电子稳定系统仿真研究

摘要

汽车在高速或低附着系数路面上转向行驶或受到侧向干扰时，轮胎与地面的侧向附着系数很容易达到附着极限而发生侧滑，而使丧失操纵稳定性，进一步引发交通事故。ESP——汽车电子稳定系统正是工作于此种工况，通过对车轮主动实施制动，来改善汽车的操纵稳定性，使驾驶员能够对车辆进行正常操纵，保证汽车行驶的稳定性。 本文基于Paceika的“魔术公式”轮胎模型，建立了包括汽车纵向、横向、横摆方向和四个车轮转动方向的七自由度的整车模型，以该车辆模型为基础来对ESP的最优控制算法进行验证并探讨ESP在改善汽车操纵稳定性方面的作用。本文以车辆质心的侧偏角和车辆的横摆角速度为控制变量，采用线性二次最优控制，使车辆实际的侧偏角和横摆角速度与汽车名义侧偏角和名义横摆角速度保持在稳定的范围内，以确保汽车的操纵稳定性；若超出稳定性范围便对汽车实施稳定性控制，以使汽车具有良好的可操纵行，便于驾驶员驾驶。本文使用图形建模的方式，在MATLABSIMUIANC环境下对系统进行仿真以对ESP系统进行研究。 通过建模仿真研究发现，使用最优控制设计的ESP控制系统确实能有效地改善汽车的操纵稳定性；使汽车能够安全的行驶在高速或低附着系数的路面上，并使驾驶员能够对汽车进行正常地操纵。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号意义

原创性说明及关于学位使用授权的声明

第一章绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.1.1汽车安全的现状及安全技术的分类

1.1.2提高汽车操纵稳定性的途径

1.2 ESP——汽车电子稳定系统的发展与研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3 ESP控制方法的简介

1.4本文主要研究工作

第二章汽车动力学模型的建立

2.1车辆动力学的模拟方法简介

2.2轮胎模型的建立

2.2.1“魔术公式”简介

2.2.2“魔术公式”模型的拟合系数

2.2.3轮胎纵向力的计算公式

2.2.4轮胎横向力（侧偏力）的计算公式

2.2.5轮胎回正力矩的计算公式

2.2.6制动与转弯联合工况下，纵向力与横向力的计算公式

2.2.7轮胎的图形建模

2.3制动系统模型的建立

2.3.1液压系统动力学分析

2.3.2液压系统的图形建模

2.3.3液压系统的仿真结果

2.4汽车动力学分析

2.4.1整车力学特性

2.4.2车轮力学特性

2.4.3车轮所受地面法向反作用力的计算

2.4.4车轮侧偏角、中心速度、纵向滑动率的计算

2.5七自由度整车模型的图形建模

2.5.1 SimDriveline仿真环境的简介

2.5.2整车模型的实现

2.6本章小节

第三章ESP系统的控制原理与分析

3.1 ESP的基本原理

3.1.1ESP的宏观原理

3.1.2 ESP的微观原理

3.2 ESP控制变量的选取

3.3理想状态下参考模型的建立

3.4控制变量名义值的确定

3.4.1名义横摆角速度的计算

3.4.2名义侧偏角的计算

3.5汽车失稳状态判断

3.6车轮单独制动所产生的横摆力矩

3.7 ESP控制系统结构

3.8本章小节

第四章ESP系统的最优控制实现

4.1最优控制的基本原理

4.2设计最优控制系统常用的方法

4.2.1变分法

4.2.2极小值原理

4.2.3动态规划法

4.2.4线性二次最优控制

4.3 ESP最优控制器的设计

4.4仿真结果分析与讨论

4.5本章小节

第五章总结

参考文献

致谢