液罐车EPS和ASS集成控制系统研究

发布时间：2017-08-15 19:00

  本文关键词：液罐车EPS和ASS集成控制系统研究

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【摘要】：随着汽车使用量的增加,对车辆操纵稳定性的研究也越来越多,但是对液罐车这种质心变化复杂的三轴车辆的研究还较少。转向和悬架系统是车辆底盘中非常重要的两个子系统,转向系统能够确保车辆按照驾驶者指定方向行驶,使车辆具有良好的转向灵敏性。悬架系统可以缓解路面冲击,抑制车身姿态变化,使汽车稳定行驶。电动助力转向系统(EPS)和主动悬架系统(ASS)的提出,有效提高了车辆的行驶平顺性和操纵稳定性,为了将两个子系统的功能相结合,发挥更好的效果,对液罐车电动助力转向和主动悬架系统进行集成控制研究。考虑到液罐车行驶过程中质心位置不断变化,提出将质心变化规律作为集成控制器设计依据,分别设计EPS和ASS控制器,并在集成控制器中进行协调控制,以此减小两个系统间的干涉作用。通过ADAMS与MATLAB/Simulink的联合仿真,来验证集成控制器对提升操纵稳定性的效果。全文主要工作如下:(1)根据车辆动力学理论,建立三轴液罐车动力学模型,并对液罐车不同充液比下质心位置进行分析计算,提出将液罐车质心变化规律作为设计集成控制器的依据。(2)分析EPS和ASS结构原理,对两种系统分别采取模糊PID控制和自适应模糊控制,对模糊控制、PID控制和自适应控制的控制理论进行详细阐述。(3)在分析液罐车数学模型和控制理论的基础上,对电动助力转向控制器、主动悬架控制器以及两者集成控制器进行设计,在MATLAB/Simulink中构建控制系统框图。选取液罐车常用充液比R=0.75和侧翻危险性最大充液比R=0.5,进行角阶跃转向和角脉冲转向工况仿真,分析控制器对提升操纵稳定性的效果。(4)运用多体动力学软件ADAMS,创建液罐车各部件虚拟样机模型,主要有电动助力转向模型、主动悬架模型等。使用ADAMS/Control模块来实现ADAMS模型与Simulink控制模型的联合仿真,用仿真结果进一步验证充液比R=0.75和R=0.5时集成控制器的控制效果。研究结果表明,所设计的集成控制器对横摆角速度、质心侧偏角、侧向加速度和车身侧倾角几个操纵稳定性参数峰值的减少百分比在14.286%~66.860%之间,对标准差的减少幅度为16.190%~48.84%,有效减小了各参数的峰值和标准差。同时也说明,本文提出的将液罐车质心变化规律加入集成控制器设计的方法是可行的,为今后进行集成控制器实车试验工作奠定了坚实的基础。
【关键词】：液罐车 电动助力转向系统 主动悬架系统 集成控制
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.61
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 汽车电动助力转向系统研究及发展状况11-13
• 1.2.1 电动助力转向概述11-12
• 1.2.2 电动助力转向的研究及发展状况12-13
• 1.3 汽车主动悬架系统13-15
• 1.3.1 主动悬架概述13-14
• 1.3.2 主动悬架的研究及发展状况14-15
• 1.4 汽车底盘集成控制系统15-16
• 1.4.1 集成控制概述15
• 1.4.2 集成控制发展现状15-16
• 1.5 本文主要研究内容16-17
• 1.6 研究的目的和意义17-18
• 第二章 液罐车系统动力学模型18-30
• 2.1 主动悬架系统动力学模型18-20
• 2.2 电动助力转向模型20-21
• 2.3 路面输入模型21-22
• 2.4 轮胎模型22
• 2.5 液罐车液体动力学模型22-26
• 2.5.1 液体质心位置计算22-24
• 2.5.2 液罐车不同充液比质心分析24-25
• 2.5.3 液罐车整车侧倾模型25-26
• 2.6 EPS与ASS集成模型26-29
• 2.7 本章小结29-30
• 第三章 控制理论基础30-37
• 3.1 模糊控制理论30-33
• 3.1.1 模糊集合和隶属度函数31
• 3.1.2 模糊关系和模糊矩阵31-32
• 3.1.3 模糊逻辑与模糊语言32
• 3.1.4 模糊算法32-33
• 3.2 PID控制理论33-35
• 3.2.1 PID控制简介33-34
• 3.2.2 控制器性能参数对控制效果的影响34-35
• 3.3 自适应控制理论35-36
• 3.3.1 自适应控制简介35
• 3.3.2 自适应模糊控制介绍35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 集成控制系统设计37-50
• 4.1 EPS模糊PID控制器设计37-44
• 4.1.1 模糊PID结构37-38
• 4.1.2 模糊PID控制器设计38-41
• 4.1.3 MATLAB/Simulink角阶跃仿真41-44
• 4.2 ASS自适应模糊控制器设计44-48
• 4.2.1 自适应模糊基本原理44-45
• 4.2.2 控制器设计45-46
• 4.2.3 MATLAB/Simulink角阶跃仿真46-48
• 4.3 EPS与ASS集成控制器设计48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 液罐车ADAMS模型与联合仿真50-74
• 5.1 ADAMS软件简介50-51
• 5.2 液罐车ADAMS模型51-58
• 5.2.1 转向系统模型52-53
• 5.2.2 悬架模型53-56
• 5.2.3 整车仿真模型56-58
• 5.3 ADAMS动力学仿真58-63
• 5.3.1 R=0.75 角脉冲转向仿真59-61
• 5.3.2 R=0.75 角阶跃转向仿真61-63
• 5.4 联合仿真及结果分析63-72
• 5.4.1 R=0.75 联合仿真63-68
• 5.4.2 R=0.5 联合仿真68-72
• 5.5 本章小结72-74
• 第六章 全文总结与展望74-76
• 6.1 全文总结74-75
• 6.2 本文创新点75
• 6.3 不足与展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-80
• 攻读学位期间取得的研究成果80

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本文编号：679758