基于相平面分析的车辆操纵稳定性控制研究

摘要

在能源危机和环境污染日益严峻的情况下，电动汽车成为汽车行业发展的必然选择。而电动汽车操纵稳定性控制作为主动安全中的重要部分，也成为人们要重点研究的问题。论文针对在非线性轮胎力作用下导致车辆出现失稳和难以按照驾驶员转向意图行驶的问题，对分布式驱动电动汽车的操纵稳定性控制进行了研究。
　　首先，在Matlab/Simulink软件中建立了包含电机模型和轮胎模型在内的非线性七自由度分布式驱动电动汽车模型。针对汽车操纵稳定性控制中较为重要但又难以直接获得的路面附着系数和质心侧偏角进行了估算，并通过仿真试验证明本文设计的估算方法能够满足需要。
　　其次，针对本文所选择车辆，根据相平面理论设计了质心侧偏角-横摆角速度相平面和质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面，对相平面中的稳定区域和非稳定区域的边界进行了研究，在此基础上建立了边界模型，并分析了车速、路面附着系数和前轮转角对边界模型的影响。
　　然后，在非稳定域内，基于两种相平面分别设计了PID横摆力矩控制策略，并对两种控制策略的分配系数采用模糊神经网络控制策略进行了优化;在稳定域内，采用模糊控制策略决策横摆力矩，使进入稳定状态的车辆能够跟随理想状态值。采用二次规划的方式将横摆力矩分配到四个电机上，从而输出各轮最优的纵向力，最终实现操纵稳定性的控制。
　　最后，基于分布式驱动电动汽车模型和操纵稳定性控制策略所构成的仿真平台，选择J-turn、正弦停滞和增幅正弦三种工况对车辆的操纵稳定性进行了仿真分析。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 论文选题背景及研究意义

1．1．1 分布式驱动电动汽车的研究意义

1．1．2 汽车操纵稳定性研究概述

1．2 基于相平面的车辆稳定性研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第二章 分布式驱动电动汽车动力学模型

2．1 电动汽车动力学模型

2．1．1 车体动力学模型

2．1．2 车轮动力学模型

2．1．3 辅助计算模块

2．1．4 轮胎模型

2．1．5 电机模型

2．2 电动汽车动力学模型仿真验证

2．3 本章小结

第三章 车辆行驶状态参数估计

3．1 路面附着系数估计

3．1．1 路面附着系数估计方案

3．1．2 模糊控制系统的原理与组成

3．1．3 基于模糊控制的非线性因子估算

3．1．4 路面附着系数估计算法

3．1．5 路面附着系数仿真验证

3．2 质心侧偏角估计

3．2．1 质心侧偏角估计概述

3．2．2 质心侧偏角状态观测器构造

3．2．3 状态观测器反馈增益矩阵设计

3．2．4 侧偏刚度估算的质心侧偏角状态观测器

3．2．5 质心侧偏角仿真结果及分析

3．3 本章小结

第四章 汽车行驶过程的相平面分析

4．1 相平面图的建立

4．2 β-γ相平面稳定域边界分析与设计

4．2．1 β-γ相平面稳定域边界设计

4．2．2 β-γ相平面稳定域边界影响因素分析

4．3 β-β相平面稳定域边界分析与设计

4．3．2 β-β相平面稳定域边界影响因素分析

4．4 本章小结

第五章 基于相平面分析的控制策略研究

5．1 基于相平面稳定域边界的控制策略概述

5．2 基于稳定域边界的失稳度计算

5．2．1 β-γ相平面的失稳度计算

5．2．2 β-β相平面的失稳度计算

5．3 非稳定域内的横摆力矩控制器设计

5．3．1 基于失稳度的PID控制算法设计

5．3．2 基于模糊神经网络控制策略的分配系数优化

5．4 稳定域内的模糊控制器设计

5．5 横摆力矩的优化分配

5．5．1 横摆力矩分配方法介绍

5．5．2 横摆力矩分配控制器设计

5．6 本章小结

第六章 车辆稳定性控制策略的仿真验证

6．1 J-turn工况

6．2 正弦停滞工况

6．3 增幅正弦工况

6．4 本章小结

第七章 全文总结与展望

7．1 全文总结

7．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况