驱动工况汽车稳定性控制算法研究

VSC (Vehicle Stability Control System，汽车稳定性控制系统)通过控制系 统对汽车的行驶状态进行实时调整，抑制过多的不足转向和过多转向的发生， 有效地提高汽车在极限工况下的侧向稳定性。目前，在国外汽车稳定性控制系 统作为汽车主动安全技术已经成为研究的热点，相关产品已经开始大量的装备 于中、高档轿车上。而在我国，汽车稳定性控制系统的研究刚刚起步。 本文在借鉴国外研究成果的基础上，就汽车驱动转向仿真软件的开发、稳 定性控制算法的研究、离线仿真和硬件在环仿真等方面进行了论述。全文共分 六章。 第一章为绪论。详细介绍了汽车稳定性控制系统的工作原理和结构形式， 以及汽车稳定性控制系统的发展历史、现状和趋势，指出了本文研究的主要内 容。 第二章建了汽车驱动转向动力学仿真软件。进行汽车稳定性控制分析必须 建立一个描述车辆非线性特性的车辆系统模型，因此本文在 ISO 坐标系下建立 了考虑轮胎纵滑和侧偏的非线性 GIM 轮胎模型，发动机模型、传动系模型、驾 驶员模型、制动系模型整车模型、辅助计算模块在内的七自由度汽车驱动转向 动力学模型。应用 Matlab 软件编制了汽车驱动转向动力学仿真软件的 Simulink 模块和用户图形界面。 第三章为汽车稳定性控制算法的研究。横摆角速度误差可以代表汽车的转 向特性，而质心侧偏角过大时，驾驶员通过方向盘改变汽车横摆力矩的能力将 73 吉林大学硕士学位论文 降低。因此，通过分析横摆角速度和质心侧偏角对汽车横摆力矩的影响，选取 横摆角速度和质心侧偏角为汽车稳定性控制系统的控制参数。采用两自由度的 单轨车辆模型计算得到了横摆角速度和质心侧偏角的名义值，并且建立了横摆 角速度反馈控制 PID 控制器、质心侧偏角反馈 PID 控制器和横摆角速度和质 心侧偏角模糊自适应 PID 控制器。PID 控制器计算得到汽车的目标横摆力矩。 通过分析差速制动对汽车横摆力矩的影响，得到了最佳制动车轮的选取策略， 以及目标制动压力的确定策略。 第四章是汽车稳定性控制系统的仿真研究。针对横摆角速度反馈控制和质 心侧偏角反馈控制，分别在驾驶员阶跃、单移线和正弦输入的三种工况下，进 行了仿真研究；而模糊自适应 PID 控制考虑了驾驶员开环和闭环控制的影响， 分别针对驾驶员阶跃输入和双移线输入进行了仿真研究。通过对仿真结果的比 较，验证了控制算法的有效性，得到了一些具有指导意义的结论。 第五章是硬件在环仿真研究。通过硬件在环仿真，进一步验证了横摆角速 度反馈 PID 控制和质心侧偏角反馈 PID 控制可以有效地提高汽车的侧向稳定 性，并为进一步的研究开发提供了基础。 第六章对全文进行了总结并得到了结论。 通过对汽车驱动转向工况下汽车稳定性控制系统的仿真研究主要得到了 以下结论： 1． 通过汽车稳定性控制离线仿真平台对稳定性控制算法进行开发可 以极大的提高开发的速度。采用 Matlab 软件可以快速的建立用于 离线仿真和硬件在环仿真的仿真软件。 2． 横摆角速度和质心侧偏角是影响汽车稳定性的重要的参数，通过控 制横摆角速度和质心侧偏角可以极大改善汽车的侧向稳定性。 3． 硬件在环仿真的应用可以大大加快汽车稳定性控制系统开发速度， 通过硬件在环仿真可以进一步验证仿真模型、控制算法的正确性。