车辆稳定性控制方法与策略的比较研究

车辆稳定性控制(VSC)是目前车辆主动安全研究领域的热点。它不仅整合了ABS和ASR的所有功能,而且还能在更复杂的工况下提高车辆的稳定性。随着技术的进步和成本的降低,VSC系统将成为现代轿车的标准配备。 由于多种控制理论和方法在解决非线性车辆稳定性控制策略时,有着各自的特点和局限性,因此本文在借鉴国内外研究成果的基础上,选择出三种典型的控制理论方法:滑模变结构控制、线性二次型最优控制和PID控制,基于不同的控制策略,对几种稳定性控制系统的控制效果进行了仿真分析和综合比较。 论文首先在H.B. Pacejka轮胎模型(魔术公式)的基础上建立了二自由度车辆动力学模型与整车仿真模型,并建立了理想的线性二自由度车辆模型。通过对车辆稳定性进行理论研究,选择质心侧偏角和横摆角速度作为稳定性控制主要控制变量,并深入分析了两种控制变量与车辆稳定性的关系。其次运用DYC控制方法,对三种控制理论方法下不同控制策略的稳定性控制器进行控制算法的研究和控制模块的建立。 通过阶跃仿真分析和调试可知,所设计的控制系统能有效控制趋于失稳的车辆,且控制参数的变化对控制效果有着重要的影响。在此基础上,本文进一步通过阶跃和正弦仿真,对所设计的稳定性控制器在不同运行工况下,进行稳定性控制效果及前轮转角跟随特性的综合分析与比较。依据本文所建立的二自由度车辆模型,所设计的车辆稳定性控制器能在不同程度上提高车辆的稳定性,控制效果各有特点;由于稳定性控制器应重点对低附着系数路面上的车辆进行控制,综合稳定性控制效果和跟随特性两方面的分析,从控制器对不同工况的适用性、以及响应速度、结构实现等因素考虑,针对研究对象的运行工况,滑模变结构控制下的质心侧偏角控制和联合控制策略具有明显的优越性。