汽车漂移的临界稳定性控制与自适应动态规划方法
发布时间：2021-02-23 03:33
漂移是一种车辆在后轮饱和状态下的侧滑运动,通常出现在拉力赛场或者汽车特技表演中,只有非常有驾驶经验的职业赛车手才能实现。目前的车辆动力学控制将漂移视作一种不稳定状态,认为它是危险的,因此其控制策略是尽量的抑制后轮打滑,以避免漂移的出现。当出现车辆碰撞或者路面摩擦系数突然降低等极限工况时,车辆已经出现侧滑情况,利用漂移稳定控制车辆相比于抑制其产生的策略能够更快的将车辆状态稳定下来,以避免失控或发生二次碰撞产生危险。所以对于漂移稳定性的动力学研究和控制实际上对提升车辆的稳定性边界有很大意义,能够在更多的场景下稳定车辆,提升安全性。本文依托国家自然科学基金重大项目“极限工况下汽车运动一体化协同控制”（项目编号:61790564）,对于车辆的漂移平衡点进行了动力学分析,并且设计了滑模控制与自适应动态规划联合控制器,主要内容如下:1.建立了二自由度非线性车辆模型以及纯侧偏稳态统一轮胎模型,并且根据轮胎侧偏力试验数据对轮胎力公式中参数进行参数辨识。2.计算二自由度车辆系统平衡点,并且在质心侧偏角和横摆角速度组成的状态空间相平面上分析各平衡点稳定性,将平衡点分为了稳定平衡点和不稳定平衡点,并且根据漂...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
本文技术路线图
吉林大学硕士学位论文6第2章车辆动力学模型及轮胎模型2.1二自由度非线性车辆动力学模型车辆在漂移的过程中主要进行的是侧向运动，因此为了简化问题，本文的分析和控制设计都是对于相对简单的二自由度车辆模型的。假设车辆为平面运动，不包含侧倾和俯仰运动；忽略转向系统影响，直接以前轮转角作为输入；车辆前进速度不变[31]。模型如图2.1所示。图2.1二自由度车辆模型示意图其中，O为车辆质心，a是车辆质心到前轴的距离，b是车辆质心到后轴的距离，是前轮转角，车辆质心O处的纵向速度 $ 为定值。两个自由度分别为，在车辆质心O处的侧向速度 U& 和横摆角速度γ。可以通过在y轴方向上的合力平衡和在z轴方向上的力矩平衡，得出该模型侧向动力学的运动方程：ma&=&,cos+12··························（2.1a）4=&,cos&9·························（2.1b）其中a&是车辆的侧向加速度，是车辆的横摆角加速度，&,是前轮侧向力，12 是后轮侧向力，m是车辆质量，4是车辆的转动惯量。以车辆为惯性参考系的侧向加速度a&可以由下式表示：&=1+$································（2.2）
吉林大学硕士学位论文8模型是通过研究轮胎与路面之间力学机理和轮胎的结构参数对特性的影响建立模型，其中包含了力或力矩的产生机理和过程[32]。UniTire统一轮胎模型是由郭孔辉院士提出的一种半经验模型，这种模型结合了经验模型和物理模型的优点，不仅与实验数据吻合精度高，还可以描述轮胎的一些物理特性和结构参数[33]。本文主要研究的是车辆的侧向动力学并且采用的是二自由度车辆模型，不涉及到车辆纵向力，所以采用的是UniTire稳态纯侧偏模型。图2.2轮胎坐标系首先定义轮胎坐标系，如图2.2所示，本文采用的是右手正向坐标系。O为坐标系的原点位置，处于轮胎接地印迹的中心，X轴为车轮平面同地平面的交线，Y轴为地平面上车轮旋转轴线的投影线，Z轴为经过原点垂直地面向上为正的轴线，侧偏角为轮胎运动方向与轮胎滚动方向的夹角。轮胎的侧向力表达式为：&=Q:Q:&S&·······························（2.8）其中&为相对侧向滑移率；&为侧向摩擦系数；S为纵向力；&为无量纲侧向力；表达式如下：1=V=WXYZ[=··································（2.9）μ1=aI+a]F4Y+a_F4Y]······················（2.10）
【参考文献】：
期刊论文
[1]UniTire统一轮胎模型[J]. 郭孔辉. 机械工程学报. 2016(12)
[2]非线性不确定系统准最优学习控制[J]. 严求真,孙明轩. 自动化学报. 2015(09)
博士论文
[1]基于近似动态规划的优化控制方法及在自主驾驶车辆中的应用[D]. 连传强.国防科学技术大学 2016
[2]不确定切换系统的滑模控制方法研究[D]. 刘永慧.华东理工大学 2014
[3]复合工况下轮胎稳态模型研究[D]. 许男.吉林大学 2012
[4]不确定系统的终端滑模变结构控制[D]. 徐世许.复旦大学 2012
[5]不确定非线性系统的自适应滑模控制及应用研究[D]. 张元涛.重庆大学 2011
硕士论文
[1]半主动座椅悬架非线性控制研究[D]. 张勇.吉林大学 2019
[2]考虑轮胎阻尼汽车半主动悬架滑模控制研究[D]. 王勇.吉林大学 2018
[3]基于近似动态规划的连续非线性系统最优控制及应用[D]. 吕永峰.昆明理工大学 2016
本文编号：3046950
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
本文技术路线图
吉林大学硕士学位论文6第2章车辆动力学模型及轮胎模型2.1二自由度非线性车辆动力学模型车辆在漂移的过程中主要进行的是侧向运动，因此为了简化问题，本文的分析和控制设计都是对于相对简单的二自由度车辆模型的。假设车辆为平面运动，不包含侧倾和俯仰运动；忽略转向系统影响，直接以前轮转角作为输入；车辆前进速度不变[31]。模型如图2.1所示。图2.1二自由度车辆模型示意图其中，O为车辆质心，a是车辆质心到前轴的距离，b是车辆质心到后轴的距离，是前轮转角，车辆质心O处的纵向速度 $ 为定值。两个自由度分别为，在车辆质心O处的侧向速度 U& 和横摆角速度γ。可以通过在y轴方向上的合力平衡和在z轴方向上的力矩平衡，得出该模型侧向动力学的运动方程：ma&=&,cos+12··························（2.1a）4=&,cos&9·························（2.1b）其中a&是车辆的侧向加速度，是车辆的横摆角加速度，&,是前轮侧向力，12 是后轮侧向力，m是车辆质量，4是车辆的转动惯量。以车辆为惯性参考系的侧向加速度a&可以由下式表示：&=1+$································（2.2）
吉林大学硕士学位论文8模型是通过研究轮胎与路面之间力学机理和轮胎的结构参数对特性的影响建立模型，其中包含了力或力矩的产生机理和过程[32]。UniTire统一轮胎模型是由郭孔辉院士提出的一种半经验模型，这种模型结合了经验模型和物理模型的优点，不仅与实验数据吻合精度高，还可以描述轮胎的一些物理特性和结构参数[33]。本文主要研究的是车辆的侧向动力学并且采用的是二自由度车辆模型，不涉及到车辆纵向力，所以采用的是UniTire稳态纯侧偏模型。图2.2轮胎坐标系首先定义轮胎坐标系，如图2.2所示，本文采用的是右手正向坐标系。O为坐标系的原点位置，处于轮胎接地印迹的中心，X轴为车轮平面同地平面的交线，Y轴为地平面上车轮旋转轴线的投影线，Z轴为经过原点垂直地面向上为正的轴线，侧偏角为轮胎运动方向与轮胎滚动方向的夹角。轮胎的侧向力表达式为：&=Q:Q:&S&·······························（2.8）其中&为相对侧向滑移率；&为侧向摩擦系数；S为纵向力；&为无量纲侧向力；表达式如下：1=V=WXYZ[=··································（2.9）μ1=aI+a]F4Y+a_F4Y]······················（2.10）
【参考文献】：
期刊论文
[1]UniTire统一轮胎模型[J]. 郭孔辉. 机械工程学报. 2016(12)
[2]非线性不确定系统准最优学习控制[J]. 严求真,孙明轩. 自动化学报. 2015(09)
博士论文
[1]基于近似动态规划的优化控制方法及在自主驾驶车辆中的应用[D]. 连传强.国防科学技术大学 2016
[2]不确定切换系统的滑模控制方法研究[D]. 刘永慧.华东理工大学 2014
[3]复合工况下轮胎稳态模型研究[D]. 许男.吉林大学 2012
[4]不确定系统的终端滑模变结构控制[D]. 徐世许.复旦大学 2012
[5]不确定非线性系统的自适应滑模控制及应用研究[D]. 张元涛.重庆大学 2011
硕士论文
[1]半主动座椅悬架非线性控制研究[D]. 张勇.吉林大学 2019
[2]考虑轮胎阻尼汽车半主动悬架滑模控制研究[D]. 王勇.吉林大学 2018
[3]基于近似动态规划的连续非线性系统最优控制及应用[D]. 吕永峰.昆明理工大学 2016
本文编号：3046950
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