基于模糊PI控制器的爆胎车辆稳定性控制研究

摘要

高速行驶中的车辆发生爆胎是十分危险的状况，会给人们的生命财产造成巨大的损失，目前，国内外对车辆稳定控制系统的研究多集中于对车身的稳定性控制，而对爆胎车辆的稳定控制研究较少。考虑到车辆的爆胎过程是一个复杂的非线性过程，轮胎的力学特性会发生非常快的变化，进行理论和实验研究都非常困难，本文通过对爆胎车辆运动特性的分析，建立并验证了仿真模型，设计了爆胎车辆稳定控制系统，仿真结果表明，模糊PI控制器能够很好的控制爆胎车辆稳定性，并且能够缩短制动距离。论文主要研究内容分为两大部分：
　　第一部分可以概括为模型的建立和验证。主要内容有：根据对车辆运动方程的分析，建立了二、七自由度车辆模型，以二自由度模型表示理想的车辆运动状态，七自由度模型模拟爆胎车辆的运动状态，通过对比分析各种轮胎模型的特性，本文以轮胎刷子模型为基础建立了爆胎轮胎模型，并将其运用到七自由度车辆模型中计算轮胎力。根据车辆运动学公式，在MATLAB/Simulink中搭建车辆仿真模型，同时利用专业的车辆动力学仿真软件ADAMS/Car和CarSim建立车辆模型，通过对比三种软件仿真车辆双移线实验的结果，验证了Simulink中建立模型的准确性。
　　第二部分概括为控制系统的设计和仿真。主要内容有：通过对比质心侧偏角和横摆角速度两种车辆稳定性控制方案，根据对爆胎车辆的仿真和相平面分析，选取车辆横摆角速度值作为被控变量，控制策略选取差别制动方式，通过制动力分配来实现对爆胎车辆的稳定性控制。针对爆胎的非线性、时滞性特点，控制算法采用模糊控制，考虑到模糊控制缺少积分环节，控制欠细腻，因此，在模糊控制器的基础上“串联”了 PI控制器。根据前期建立的模型和控制系统，仿真车辆在高速直行情况下前轮和后轮发生爆胎后的运动状态，仿真结果表明，模糊PI控制器的控制效果要比模糊控制器的控制效果好，设计的模糊PI控制系统能够很好的控制爆胎车辆的稳定性，并且能够缩短制动距离。
　　论文的创新点包括三个方面：第一是利用轮胎刷子模型建立了爆胎轮胎模型，该模型可以反映轮胎的刚度、有效滚动半径、接地印迹长度等参数在爆胎过程中的变化；第二在Simlink中搭建了车辆七自由度模型，并通过ADAMS/Car和CarSim专业车辆动力学软件对车辆模型进行了仿真验证；最后是设计了模糊PI控制器进行爆胎车辆的稳定性控制，取得了很好的控制效果。

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第一章 绪论

§1.1 研究的背景与意义

§1.2 国内外研究现状

§1.3 课题研究内容

§1.4 论文结构安排

第二章 车辆动力学模型

§2.1 车辆动力学建模方法

§2.2 车辆模型

§2.3轮胎模型

§2.4 本章小结

第三章 模型的仿真验证

§3.1 基于Simulink的模型搭建

§3.2 基于ADAMS/Car和CarSim软件的模型搭建

§3.3 车辆双移线工况仿真比较

§3.4 本章小结

第四章 爆胎车辆稳定控制系统设计

§4.1 稳定控制方法分析

§4.2 控制变量的选取

§4.3 控制策略

§4.4 控制算法

§4.5 本章小结

第五章 控制系统仿真分析

§5.1 模糊控制器的设计

§5.2 爆胎车辆稳定控制系统

§5.3 车辆直行时右前轮爆胎仿真

§5.4 车辆直行时右后轮爆胎仿真

§5.5 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 全文总结

§6.2 展望与不足

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间科研成果