车辆附着极限态稳定性控制试验及其控制算法研究

发布时间：2017-11-23 15:01

  本文关键词：车辆附着极限态稳定性控制试验及其控制算法研究

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【摘要】：随着汽车工业的快速发展,汽车安全性受到越来越严峻的挑战。车辆稳定性控制是汽车安全技术的一部分。目前,车辆稳定性控制技术主要解决车辆在附着极限范围内的稳定性控制问题,超出附着极限的车辆稳定性控制研究较少。论文针对附着极限车辆稳定性控制问题展开研究,建立车辆附着极限态动力学模型,进行附着极限态稳定性控制试验研究、附着极限态车辆状态估计和附着极限态车辆稳定性控制研究。基于拉格朗日动力学方程,建立车辆附着极限态整车10自由度动力学模型,及车辆垂直载荷模型、轮胎路面动力学模型、发动机模型和传动系模型。对模型进行分析,完善车辆仿真模型,以符合实际车辆运行特征。为安全高效地进行车辆附着极限态稳定性控制试验研究,提出附着极限态车辆稳定性控制试验方法,构建创新性试验系统。基于Matlab/Simulink对独立车辆系统和试验系统在中性转向、不足转向、过多转向三种试验工况下稳定性控制性能进行分析和验证,结果表明试验系统对车辆行驶状态和稳定性控制性能的影响较小,用于附着极限态车辆稳定性控制试验研究均具有可行性。从稳定性控制效果和工程实现出发,深入分析和比较提出的多种试验系统方案,确定单摆防撞试验系统为实施方案,构建单摆防撞试验系统的实车试验。研究结果表明,提出的车辆附着极限态稳定性控制试验系统用于研究汽车行驶稳定性控制试验研究其原理可行、安全高效,克服了通常汽车ESP控制性能试验危险性大、周期长、成本高等不足。采用双滤波估计算法进行车辆附着极限态质心状态估计。轮胎线性态下采用改正的粒子滤波(IPF)进行车辆质心状态估计和采用扩展卡尔曼滤波(EKF)进行轮胎侧偏刚度估计；轮胎非线性态下采用改正的粒子滤波(IPF)进行车辆质心估计和采用扩展卡尔曼滤波(EKF)进行轮胎路面附着系数估计。基于Matlab/Simulink建立仿真模型,验证过多转向、不足转向和中性转向三种工况的估计效果。估计结果充分说明IPF的滤波效果在质心状态估计上的可行性和准确性。EKF对轮胎侧偏刚度和路面附着系数的估计大大提高车辆质心状态估计运算的准确性。基于车辆附着极限态稳定性控制试验系统的数据对滤波效果进行验证。结果表明双滤波状态估计在车辆附着极限态质心状态估计中的可行性。提出车辆附着极限态运动状态边界条件和运动通道边界条件,分析车辆附着极限态稳定性控制机理,以航偏角为控制目标,基于制动系统和转向系统,利用附着极限态边界条件,分别采用P1D控制算法、模糊控制算法和滑模变结构控制算法完成基于车辆目标的稳定性控制。在Matlab/Simulink环境建立仿真模型,验证上述三种控制算法。仿真结果表明在原附着极限态控制策略基础上配合PID附着极限态稳定性控制策略可以加快回归目标轨迹,且车辆具有良好稳态性。综上所述,本文在附着极限态动力学分析、试验研究和试验系统设计、车辆状态估计和控制算法研究等方面的研究对车辆附着极限态稳定性控制研究具有一定理论参考和实际应用价值。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U467;U461.6

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本文编号：1218838