汽车驱动转向稳定性的前馈与反馈控制方法研究
发布时间：2022-01-02 11:40
汽车在高速变道超车或高速转向行驶时,由于轮胎非线性饱和特性,汽车易进入非线性区域,容易发生侧滑或驶出现象,造成交通事故。驱动转向是汽车常见的行驶工况之一,而大多数研究仅把前轮转角作为汽车的控制参数进行稳定性控制研究,这是不全面的。因此,将驱动力矩和前轮转角同时作为汽车的控制参数,研究汽车操纵稳定性控制是十分必要的,可以为汽车动力学集成控制提供理论基础。对于稳定行驶的汽车,驾驶员的转向盘和加速踏板输入可以看作是一种“扰动”。利用前馈控制作用及时的优点对驾驶员输入“扰动”（特别是高速大转角行驶）进行控制。对于不可测的扰动（侧风、道路不平等）和前馈未精确控制的偏差,利用反馈控制消除偏差和达到期望目标。本文针对汽车驱动转向工况,通过对国内外研究现状分析,提出了一种包含驱动力矩的前馈加反馈汽车稳定性控制结构,主要进行了如下研究工作:首先探讨了经典轮胎侧偏角应用于汽车全局动力学研究的局限性,基于轮胎魔术公式,建立了一种适用于轮胎大侧偏角和倒转工况的统一侧偏角模型。同时分析了魔术公式采用的轮胎坐标系与ISO定义的轮胎坐标系之间的区别,建立了两者之间关于轮胎侧偏角和轮胎力的转换关系。其次,研究了轮胎侧...
【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】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
底盘控制系统与汽车动力学关系示意图
制动力矩、控制差速器锁止或控制离合器/变速器等几种典型控制方式。四轮转向系统（4WS）[6, 12]是一种在 20 世纪 80 年代中期开发出来的电子技术。当车速较低时，后轮转动方向与前轮转动方向相反，这样既减少了驾操作负担，又减小了汽车转弯半径，改善了汽车在低速工况下的操纵轻便性车速较高时，后轮转动方向与前轮转动方向相同，使汽车质心侧偏角保持在近，提高了汽车高速行驶的操纵稳定性。但从图 1.2 中可以看出，4WS 的有作范围是“摩擦圆”的中心区域，即轮胎线性区域，作用范围较小。当轮胎非线性区域时，四轮转向已失效。在 ABS 和 TCS 基础上，为了防止汽车在高速转弯行驶发生失控，又发展 ESP（VSC）控制系统。它主要用来控制汽车的横摆运动，把轮胎侧偏角限一定范围内。在紧急极限工况（大侧向加速度、大侧偏角）下，利用控制左轮制动力或驱动力之差产生的横摆力矩来防止汽车失去稳定性，保证汽车路踪能力。目前，得以普遍应用的稳定控制算法有两种，一是博世公司提出的汽车横摆角速度与期望值之间的偏差的上层控制算法，另一种是日本丰田汽司基于 Inagaki[13]研究的 相平面分析结果的上层控制算法，其相平面如.3 所示。
另一种是日本丰田汽车公司基于 Inagaki[13]研究的 相平面分析结果的上层控制算法，其相平面如图1.3 所示。图 1.2 电子控制系统的有效工作区域 图 1.3 相平面图汽车在极限工况下容易发生失控现象，归根结底是由轮胎非线性特性造成的。因此，若想控制汽车在极限工况下仍能够稳定行驶，则必须通过控制轮胎力产生额外的横摆力矩。为提高或保证汽车在极限工况下的行驶稳定性，一般通过以下几种方法来实现：(1) 轮胎载荷调节（轮胎刚度的调节）。汽车行驶过程中，轮胎侧偏刚度受各种因素的影响，如路面附着系数、驱动力矩/制动力矩等，直接影响了汽车侧向稳定性。通过调节相应车轮的垂直载荷可实现轮胎侧偏刚度的改变，但由于控制原理的限制，侧偏刚度调节方法只能用于侧向加速度较大的汽车，且被控制的汽车需装配主动悬架[14, 15]。(2) 差速器驱动力矩分配。近年来，有的汽车公司为进一步提高汽车操纵稳定性，已经开发出可以改变内外侧驱动力矩分配比例的传动系[6]，如本田公司的直接横摆力偶矩控制系统（DYCS）、宝马公司的DPC（Dynamic performance Control）系统以及奥迪公司的 quattro 四驱系统。宝马公司开发的 DPC（图 1.4）可以根据后桥驱动力需要，准确的在左右两个轮之间分配驱动力，提高汽车稳定性，给驾驶员和乘员带来更高的安全性。奥迪公司的 quattro 系统通过托森中央差速器实现
【参考文献】：
期刊论文
[1]Direct Yaw Moment Control for Distributed Drive Electric Vehicle Handling Performance Improvement[J]. YU Zhuoping,LENG Bo,XIONG Lu,FENG Yuan,SHI Fenmiao. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(03)
[2]基于整车模型的PEV理想横摆角速度确定方法[J]. 靳彪,张欣,彭之川,张宝迪. 汽车工程学报. 2015(02)
[3]驱动力分配控制对车辆转向行驶稳定性的影响[J]. 胡建军,刘辉,何铮斌. 中国公路学报. 2013(05)
[4]直接横摆力矩控制车辆稳定性研究概述[J]. 王露,朱永强,张平霞. 专用汽车. 2011(09)
[5]基于驾驶模拟器的驾驶员所偏好的转向盘力矩特性研究[J]. 宗长富,麦莉,王德平,李雅娟. 中国机械工程. 2007(08)
[6]汽车驾驶模拟器研究现状与未来展望[J]. 范正伟,贺秀良,姜丁,唐静远. 汽车运用. 2004(10)
[7]预瞄优化神经网络驾驶员模型[J]. 郭孔辉,潘峰,马凤军. 机械工程学报. 2003(01)
[8]汽车操纵稳定性虚拟仿真的研究[J]. 熊坚,曾纪国,宋健. 汽车工程. 2002(05)
[9]轮胎附着极限下差动制动对汽车横摆力矩的影响[J]. 郭孔辉,丁海涛. 汽车工程. 2002(02)
博士论文
[1]汽车性能模拟器逼真度关键问题研究[D]. 段春光.吉林大学 2017
[2]车辆稳定性五自由度模型的有效性验证及车队稳定时距预测[D]. 李玲.吉林大学 2017
[3]基于人—车—路闭环系统的汽车操稳试验及评价方法研究[D]. 曹建永.上海交通大学 2015
[4]汽车驱动转向耦合分岔特征分析及驾驶稳定区域求解[D]. 王宪彬.吉林大学 2014
[5]混合动力轿车驱动工况下防滑与侧向稳定性控制算法研究[D]. 晁黎波.吉林大学 2012
[6]车辆三自由度平面运动稳定性的非线性分析及控制策略评价[D]. 刘丽.吉林大学 2010
硕士论文
[1]基于贝叶斯网络的高速公路交通事故研究[D]. 李康.北京交通大学 2017
[2]四轮驱动电动汽车操纵稳定性控制研究[D]. 林鼎.浙江大学 2017
[3]汽车模拟驾驶虚拟场景设计与研究[D]. 陈旭东.西南交通大学 2016
[4]基于虚拟现实的驾驶模拟仿真系统开发[D]. 杨果.重庆大学 2016
[5]基于微分平坦的车辆转向稳定性集成控制[D]. 王玉琼.吉林大学 2015
[6]基于差动制动的客车电子稳定系统控制策略研究[D]. 李海辉.长安大学 2014
[7]电动汽车横向稳定性分析及驱动力分配研究[D]. 叶俊.哈尔滨工业大学 2013
[8]驾驶模拟器方向盘实时力感模拟的研究[D]. 张微微.浙江大学 2012
[9]基于横摆力矩和变滑转率联合控制的电子差速控制系统研究[D]. 王强.浙江大学 2011
[10]基于差动制动的汽车动力学稳定性控制策略研究[D]. 王培.长沙理工大学 2010
本文编号：3564110
【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】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
底盘控制系统与汽车动力学关系示意图
制动力矩、控制差速器锁止或控制离合器/变速器等几种典型控制方式。四轮转向系统（4WS）[6, 12]是一种在 20 世纪 80 年代中期开发出来的电子技术。当车速较低时，后轮转动方向与前轮转动方向相反，这样既减少了驾操作负担，又减小了汽车转弯半径，改善了汽车在低速工况下的操纵轻便性车速较高时，后轮转动方向与前轮转动方向相同，使汽车质心侧偏角保持在近，提高了汽车高速行驶的操纵稳定性。但从图 1.2 中可以看出，4WS 的有作范围是“摩擦圆”的中心区域，即轮胎线性区域，作用范围较小。当轮胎非线性区域时，四轮转向已失效。在 ABS 和 TCS 基础上，为了防止汽车在高速转弯行驶发生失控，又发展 ESP（VSC）控制系统。它主要用来控制汽车的横摆运动，把轮胎侧偏角限一定范围内。在紧急极限工况（大侧向加速度、大侧偏角）下，利用控制左轮制动力或驱动力之差产生的横摆力矩来防止汽车失去稳定性，保证汽车路踪能力。目前，得以普遍应用的稳定控制算法有两种，一是博世公司提出的汽车横摆角速度与期望值之间的偏差的上层控制算法，另一种是日本丰田汽司基于 Inagaki[13]研究的 相平面分析结果的上层控制算法，其相平面如.3 所示。
另一种是日本丰田汽车公司基于 Inagaki[13]研究的 相平面分析结果的上层控制算法，其相平面如图1.3 所示。图 1.2 电子控制系统的有效工作区域 图 1.3 相平面图汽车在极限工况下容易发生失控现象，归根结底是由轮胎非线性特性造成的。因此，若想控制汽车在极限工况下仍能够稳定行驶，则必须通过控制轮胎力产生额外的横摆力矩。为提高或保证汽车在极限工况下的行驶稳定性，一般通过以下几种方法来实现：(1) 轮胎载荷调节（轮胎刚度的调节）。汽车行驶过程中，轮胎侧偏刚度受各种因素的影响，如路面附着系数、驱动力矩/制动力矩等，直接影响了汽车侧向稳定性。通过调节相应车轮的垂直载荷可实现轮胎侧偏刚度的改变，但由于控制原理的限制，侧偏刚度调节方法只能用于侧向加速度较大的汽车，且被控制的汽车需装配主动悬架[14, 15]。(2) 差速器驱动力矩分配。近年来，有的汽车公司为进一步提高汽车操纵稳定性，已经开发出可以改变内外侧驱动力矩分配比例的传动系[6]，如本田公司的直接横摆力偶矩控制系统（DYCS）、宝马公司的DPC（Dynamic performance Control）系统以及奥迪公司的 quattro 四驱系统。宝马公司开发的 DPC（图 1.4）可以根据后桥驱动力需要，准确的在左右两个轮之间分配驱动力，提高汽车稳定性，给驾驶员和乘员带来更高的安全性。奥迪公司的 quattro 系统通过托森中央差速器实现
【参考文献】：
期刊论文
[1]Direct Yaw Moment Control for Distributed Drive Electric Vehicle Handling Performance Improvement[J]. YU Zhuoping,LENG Bo,XIONG Lu,FENG Yuan,SHI Fenmiao. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(03)
[2]基于整车模型的PEV理想横摆角速度确定方法[J]. 靳彪,张欣,彭之川,张宝迪. 汽车工程学报. 2015(02)
[3]驱动力分配控制对车辆转向行驶稳定性的影响[J]. 胡建军,刘辉,何铮斌. 中国公路学报. 2013(05)
[4]直接横摆力矩控制车辆稳定性研究概述[J]. 王露,朱永强,张平霞. 专用汽车. 2011(09)
[5]基于驾驶模拟器的驾驶员所偏好的转向盘力矩特性研究[J]. 宗长富,麦莉,王德平,李雅娟. 中国机械工程. 2007(08)
[6]汽车驾驶模拟器研究现状与未来展望[J]. 范正伟,贺秀良,姜丁,唐静远. 汽车运用. 2004(10)
[7]预瞄优化神经网络驾驶员模型[J]. 郭孔辉,潘峰,马凤军. 机械工程学报. 2003(01)
[8]汽车操纵稳定性虚拟仿真的研究[J]. 熊坚,曾纪国,宋健. 汽车工程. 2002(05)
[9]轮胎附着极限下差动制动对汽车横摆力矩的影响[J]. 郭孔辉,丁海涛. 汽车工程. 2002(02)
博士论文
[1]汽车性能模拟器逼真度关键问题研究[D]. 段春光.吉林大学 2017
[2]车辆稳定性五自由度模型的有效性验证及车队稳定时距预测[D]. 李玲.吉林大学 2017
[3]基于人—车—路闭环系统的汽车操稳试验及评价方法研究[D]. 曹建永.上海交通大学 2015
[4]汽车驱动转向耦合分岔特征分析及驾驶稳定区域求解[D]. 王宪彬.吉林大学 2014
[5]混合动力轿车驱动工况下防滑与侧向稳定性控制算法研究[D]. 晁黎波.吉林大学 2012
[6]车辆三自由度平面运动稳定性的非线性分析及控制策略评价[D]. 刘丽.吉林大学 2010
硕士论文
[1]基于贝叶斯网络的高速公路交通事故研究[D]. 李康.北京交通大学 2017
[2]四轮驱动电动汽车操纵稳定性控制研究[D]. 林鼎.浙江大学 2017
[3]汽车模拟驾驶虚拟场景设计与研究[D]. 陈旭东.西南交通大学 2016
[4]基于虚拟现实的驾驶模拟仿真系统开发[D]. 杨果.重庆大学 2016
[5]基于微分平坦的车辆转向稳定性集成控制[D]. 王玉琼.吉林大学 2015
[6]基于差动制动的客车电子稳定系统控制策略研究[D]. 李海辉.长安大学 2014
[7]电动汽车横向稳定性分析及驱动力分配研究[D]. 叶俊.哈尔滨工业大学 2013
[8]驾驶模拟器方向盘实时力感模拟的研究[D]. 张微微.浙江大学 2012
[9]基于横摆力矩和变滑转率联合控制的电子差速控制系统研究[D]. 王强.浙江大学 2011
[10]基于差动制动的汽车动力学稳定性控制策略研究[D]. 王培.长沙理工大学 2010
本文编号：3564110
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