基于差动制动的车辆三维稳定性控制研究

摘要

随着人们对车辆的安全性的要求越来越高，汽车主动安全技术在近些年来成为研究热点。汽车主动安全技术包括防抱死制动系统（ABS）、牵引力控制系统（TCS）、基于直接横摆力矩控制（DYC）的电子稳定控制（ESC）、主动前轮转向（AFS）、主动紧急制动（AEB）等控制技术。多个主动安全技术在车辆上应用时，单个主动安全系统与其他主动安全系统之间会不可避免的存在互相影响和干涉的问题，这就涉及到不同系统之间的协调控制的问题，本文主要研究基于差动制动的车辆平面稳定性和防侧翻联合控制。　　在紧急工况下，驾驶员输入和车辆响应存在着时变的延迟；差动制动的执行器也存在着延迟。因此即使是在传统的电子稳定性控制之下，车辆仍然会产生侧滑或者侧翻。除此之外，不必要的防侧翻控制可能会在某些情况下造成车辆平面稳定性的恶化。为了消除延迟对车辆稳定性控制的影响和实现防侧翻与侧滑的联合控制，本文设计了基于差动制动的车辆三维稳定性控器。采用了分层控制策略，该控制器分为上层非线性预测模型、中层模型预测控制器和下层轮胎力控制器。中层模型预测控制器分为三种控制模式：平面稳定性控制，平面——侧翻稳定性控制和防侧翻控制。首先考虑到车辆的非线性迟滞特性，建立非线性的车辆模型并基于该模型预测车辆的横摆角速度、车身侧偏角、横向载荷转移率等状态，提出了基于差动制动的防侧翻可控区域，并根据这些状态来确定中层控制器的控制模式；中层控制器根据车辆当前的状态和上层控制器预测的状态，基于模型预测控制（MPC），协调车辆的平面稳定性控制和防侧翻控制，得到目标的车轮制动力；下层控制器用来实现中层控制器的目标轮胎力。　　进行Carsim与Matlab/Simulink联合仿真和硬件在环实验验证所设计的控制器，结果表明所设计的控制器能够在紧急工况下实现车辆平面稳定性控制和防侧翻控制的较好的联合控制效果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究内容

第2章 汽车动力学模型

2.1 车辆平面动力学模型

2.2 车辆侧倾动力学模型

2.3 轮胎模型

2.4 本章小结

第3章 车身侧偏角和侧倾状态观测

3.1 车身状态观测算法研究背景

3.2 基于扩展卡尔曼滤波的车身状态观测

3.3 基于变结构扩展卡尔曼滤波的车身状态观测

3.4 观测算法仿真验证

3.5 观测算法实车试验

3.6 本章小结

第4 章 车辆三维稳定性控制器的设计

4.1 非线性车辆状态预测模型

4.2 基于模型预测控制的中层控制器

4.3 下层车辆轮胎力控制器

4.4 本章小结

第5章 车辆三维稳定性控制器仿真和硬件在环试验

5.1 Carsim与Matlab仿真试验

5.2 硬件在环试验

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢