基于驾驶员不确定性的车辆横摆稳定性控制方法研究

摘要

随着人们对汽车安全性能要求的提高和日益复杂的交通环境，车辆主动安全系统正愈加受到汽车企业的关注。作为车辆主动安全领域的重要课题之一，传统的车辆横摆稳定性控制方法并未在设计阶段考虑各类不确定因素，在一些极限工况下的鲁棒性较弱。本文针对驾驶员行为等不确定性，基于不变集理论，提出了采用鲁棒模型预测控制研究车辆横摆稳定性的控制方法。　　为减小控制设计的复杂度与求解负担，本文以反映横摆与侧向运动的二自由度非线性车辆动力学模型为基础，通过近似线性化方法，建立了状态、输入受约束的分段仿射混杂车辆模型。模型中将驾驶员转向输入视为有界干扰，以车辆状态的集值函数建立不确定驾驶员模型，并以输入指令的不确定性等效模型失配等因素。在车辆动力学方程中引入不确定性，建立驾驶员在环车辆动力学模型，作为控制器设计的预测模型。　　基于不变集理论与鲁棒可达性分析体系，应用鲁棒不变集计算算法，对受约束的驾驶员在环车辆模型进行了可达性分析。首先，计算线性模式的最大鲁棒不变集，作为控制设计的终端集约束，并通过收缩约束限制不确定系统与名义系统之间的状态误差；其次，计算驾驶员在环车辆模型的三步鲁棒可控集，分析了可控性；然后以所有容许干扰下驱使车辆进入并维持在轮胎侧偏力线性区域为控制目标，建立了跟踪理想参考信号的车辆横摆稳定性鲁棒模型预测控制问题；通过每一时步滚动求解带约束的最优控制问题，得到前轮修正转角与附加横摆力矩，并设计了制动力矩的分配算法。　　通过在低附路面上的Simulink与CarSim联合仿真试验，验证了控制器的有效性与设计方法的可行性。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 车辆稳定性控制的研究现状

1.3 鲁棒模型预测控制的研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 车辆动力学模型的建立与验证

2.1 引言

2.2 模型的假设与简化

2.3 分段仿射混杂车辆动力学模型

2.4 不确定驾驶员模型

2.5 驾驶员在环车辆模型

2.6 本章小结

3 车辆横摆稳定性鲁棒预测控制设计

3.1 引言

3.2 鲁棒可达性分析

3.3 单轨模型的可达性分析

3.4 鲁棒模型预测控制设计

3.5 参考模型的建立与修正

3.6 横摆力矩分配算法

3.7 本章小结

4 横摆稳定性控制系统仿真分析

4.1 引言

4.2 Matlab/Simulink与CarSim的联合仿真平台

4.3 仿真试验条件

4.4 典型工况仿真分析

4.6 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果