考虑驾驶员预瞄特性的车辆稳定控制策略

发布时间：2017-10-13 23:29

  本文关键词：考虑驾驶员预瞄特性的车辆稳定控制策略

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【摘要】：电动汽车在节能和环保方面具有传统汽车无法比拟的优势,已成为未来汽车技术研究的重点方向之一。同时,随着人们对汽车安全问题的重视,电动汽车的操纵稳定性研究逐渐成为该领域的热点。鉴于电动汽车的驱动电机系统在动力学控制方面的优越性,本文以四轮独驱电动汽车的车辆稳定控制系统作为研究对象,引进能够表征驾驶员行为特性的驾驶员模型,建立能够有效反映驾驶员操纵意图的车辆稳定控制策略,本文的主要研究工作分述如下:首先,建立了八自由度非线性整车动力学模型,为车辆稳定控制策略研究提供了有效的模型基础。针对四轮独驱电动汽车的整车结构,采用模块化方法对车辆的各个子系统进行建模,包括八自由度车辆模型、车轮模型、Dugoff轮胎模型以及驾驶员模型,并与车辆动力学商业仿真软件Carsim进行仿真对比,验证模型的有效性。其次,提出了一种考虑驾驶员预瞄特性的车辆稳定控制策略。该控制策略分为三部分:(1)理想参考模型,为车辆稳定控制策略提供精确的驾驶意图。除了传统车辆跟踪模型外,还通过驾驶员模型对驾驶员预瞄特性进行研究,建立了基于驾驶员预瞄的意图修正模型,与车辆跟踪模型组成理想参考模型,增强车辆跟踪模型输出的驾驶意图。(2)车辆稳定控制器的设计,用于计算出车辆理想响应状态所需的横摆力矩。针对理想参考模型输出的两个控制目标,采用了动态加权模糊控制方法对稳定性控制器进行设计,通过调整动态加权因子对跟踪和意图目标进行动态控制,提高控制效果。(3)基于规则的轮胎力分配策略,用于实现所需横摆力矩的轮胎力分配。根据车辆垂直载荷的变化特点,采用轴载比例的轮胎力分配策略,并进行闭环的双移线仿真试验。仿真试验结果表明,本文设计的车辆稳定控制策略满足了设计要求,相比采用传统参考模型的车辆稳定控制策略,具有更理想的车辆响应特性。然后,设计了一种基于优化理论的轮胎力分配策略。针对基于规则的轮胎力分配策略在极限工况下,存在分配精度不高、鲁棒性不强的问题,难以保证分配精度。同时,为了充分发挥电动汽车驱动电机系统连续可控、响应速度快、控制精度高等优点,综合考虑各车轮的约束条件,设计了以路面附着消耗率最小的轮胎力分配策略。另外,通过极限工况下单独对车轮施加驱动/制动力,研究单轮驱动/制动力对车辆横摆运动的影响,从而确定各轮附着裕量的权重系数,通过有效集二次规划理论进行求解,并对两种轮胎力分配策略进行仿真对比。仿真结果表明,基于二次规划的轮胎力分配策略能够更精确的分配轮胎力,进一步提高车辆的稳定性。最后,建立了基于车辆稳定控制策略的人车闭环控制系统,并通过仿真验证了所提出控制策略的有效性。经过双移线和蛇形仿真工况,进一步验证了本文所提出的车辆稳定控制策略在极限工况下,仍然可以实现驾驶员的操纵意图,增强理想参考模型输出的驾驶意图,改善了控制系统的介入时机,不仅提高了车辆的道路跟踪精度,还改善了车辆的操稳性能。
【关键词】：车辆稳定控制系统 驾驶意图 理想参考模型 动态加权模糊控制 轮胎力分配
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 注释表12-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 研究背景与意义15-19
• 1.1.1 研究背景15-18
• 1.1.2 研究意义18-19
• 1.2 车辆稳定控制系统研究现状19-27
• 1.2.1 驾驶员预瞄特性20-22
• 1.2.2 车辆稳定控制22-27
• 1.3 本文研究目标和主要研究内容27-29
• 1.3.1 研究目标27
• 1.3.2 研究内容27-29
• 第二章 动力学建模与仿真分析29-39
• 2.1 整车建模29-30
• 2.2 动力学模型30-35
• 2.2.1 基本假设30
• 2.2.2 八自由度车辆模型30-32
• 2.2.3 车轮模型32-33
• 2.2.4 轮胎模型33-34
• 2.2.5 驾驶员模型34-35
• 2.3 模型验证35-38
• 2.3.1 角阶跃工况36
• 2.3.2 单移线工况的仿真验证36-37
• 2.3.3 闭环双移线工况37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 车辆稳定控制策略研究39-59
• 3.1 车辆稳定控制系统39-41
• 3.2 理想参考模型41-47
• 3.2.1 线性车辆模型41-42
• 3.2.2 基于线性车辆模型的车辆跟踪模型42-43
• 3.2.3 传统车辆跟踪模型的局限性分析43-44
• 3.2.4 驾驶员预瞄特性44-46
• 3.2.5 基于驾驶员预瞄的意图修正模型46-47
• 3.3 车辆稳定控制器设计47-52
• 3.3.1 基于目标的动态加权模糊控制47-48
• 3.3.2 控制器结构48-49
• 3.3.3 子模糊控制设计49-52
• 3.4 仿真验证52-57
• 3.4.1 基于规则的轮胎力分配策略52-53
• 3.4.2 建立双移线路径53-54
• 3.4.3 高附着路面仿真54-56
• 3.4.4 低附着路面仿真56-57
• 3.5 本章小结57-59
• 第四章 人车闭环仿真研究59-79
• 4.1 典型优化分配策略59-64
• 4.1.1 路面附着消耗率最小的分配策略59-60
• 4.1.2 驱动系统效率最高的分配策略60-61
• 4.1.3 前后轮同时达到附着极限的分配策略61-64
• 4.2 基于优化理论的轮胎力分配策略64-71
• 4.2.1 有效集二次规划理论64-65
• 4.2.2 基于二次规划的轮胎力分配策略65-69
• 4.2.3 开环仿真69-71
• 4.3 车辆稳定控制策略闭环仿真71-78
• 4.3.1 双移线工况72-74
• 4.3.2 蛇形工况74-78
• 4.4 本章小结78-79
• 第五章 总结与展望79-81
• 5.1 全文总结79-80
• 5.2 展望80-81
• 参考文献81-89
• 致谢89-90
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文90-91

【参考文献】

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本文编号：1027690