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《吉林大学》 2012年
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面向主动安全的汽车底盘集成控制策略研究

杨建森  
【摘要】:汽车作为现代社会的主要交通工具,推动着社会经济的迅速发展和人民生活水平的快速进步,但是每年由于交通事故造成的死亡人数和经济损失触目惊心,汽车安全问题已成为世界性的社会问题。伴随着电子技术、传感器技术和车载网络技术的进步,以电子稳定性控制为代表的汽车底盘电控系统得到了高速发展,装车率也越来越高,无论是对汽车的行驶安全性还是乘坐舒适性都有显著提高。目前这些底盘电控系统大都是围绕提高某一项性能指标,由各个零部件厂商单独设计开发的,而没有考虑与其它电控系统的相互影响和耦合作用,只是简单叠加在一起非但不能充分体现出各自应有的性能,反而会降低整车的综合性能,因此进行集成控制成为汽车主动安全技术的未来发展方向。底盘集成控制能够充分考虑各子系统间的相互影响和耦合作用,在硬件或软件上对控制目标或控制动作进行优化处理,从根本上解决各子系统间的冲突,实现整车综合性能的最优。 本文结合国家863计划项目“X121轿车集成开发先进技术”子课题“电子稳定系统(ESP)集成开发及电动转向系统(EPS)一体化控制技术”,总结国内外研究成果的基础上,以面向主动安全的汽车底盘集成控制策略研究为主题,以某国产轿车为研究对象,就高品质汽车动力学建模、电子稳定性控制策略及仿真、电子稳定性控制实车试验、底盘集成控制策略及仿真、底盘集成控制硬件在环试验等方面开展了一系列工作,主要内容如下: 第一章为绪论。系统的介绍了汽车底盘主动安全系统的发展,引出了汽车底盘集成控制的优势和必要性,分析了汽车底盘集成控制的关键问题,然后总结了汽车底盘集成控制的国内外研究现状,由此阐述了本文选题的科学意义和应用背景,给出本文 研究的主要内容。 第二章为高品质汽车动力学模型研究。针对底盘集成控制研究的特点,采用模块化思想建立了满足精度和实时性要求的十六自由度非线性汽车动力学模型,其中整车模型以车体六自由度运动为基础,兼顾非簧载质量的垂向跳动,并且考虑了悬架KC特性的修正,最后通过目标车的实车试验数据对建立的汽车动力学模型进行了验证。 第三章为电子稳定性控制策略及仿真研究。基于差动制动方式的ESC系统在主动安全控制方面具有其它系统无法比拟的优势,本文底盘集成控制研究也是围绕ESC系统展开的。本章首先采用分层模块化思想设计了电子稳定性控制策略总体架构,然后以汽车侧向动力学为基础,分析了横摆角速度和质心侧偏角联合描述驾驶员驾驶意图的必要性。重点研究了横摆稳定性控制算法,分别设计了基于LQR的横摆力矩决策算法和基于GPC的横摆力矩决策算法,并对这两种算法的控制效果进行了仿真对比分析。 第四章为电子稳定性控制策略试验研究。自主设计开发了电子稳定性控制ECU、车辆姿态传感器以及上位机监控系统,并以此为基础搭建了电子稳定性控制系统车载试验平台;然后考虑到实际产品的成本和环境依赖问题,设计了质心侧偏角和轮缸压力估计算法,并通过ESC系统车载试验平台验证了估计算法的有效性;最后通过典型试验工况初步验证了车辆姿态传感器的精确性以及横摆稳定性控制算法和ABS控制算法的有效性。 第五章为底盘集成控制策略及仿真研究。采用分层模块化思想设计了底盘集成控制策略的总体架构,分两个层面对汽车底盘集成控制开展研究,首先针对差动制动和主动转向进行集成,设计了七自由度预测模型和基于MPC的集成控制算法,实现了ESC和AFS的集成控制;然后在此基础上加入主动悬架控制,设计了综合SMVSC算法和轮胎力最优分配算法的集成控制策略,实现了ESC、AFS和ASS的集成控制,也就是严格意义上的底盘一体化控制。最后应用自主开发的汽车动力学仿真平台对两种集成控制策略的控制效果进行了仿真分析。 第六章为底盘集成控制策略硬件在环试验研究。为了在加入传感器、执行器和控制器等实际硬件的环境中进一步验证底盘集成控制算法的有效性,基于Matlab/xPCTarget技术自主设计开发了底盘集成控制硬件在环(HIL)试验台,该HIL试验台包括驾驶模拟系统、实时仿真系统和ESC液压制动系统。结合HIL试验台网络拓扑结构,基于SAE J1939协议自主设计制定了CAN通信协议,并开发了用于协议解析、控制系统在线调试和标定的上位机软件。最后针对ESC、AFS和ASS的集成控制开展了驾驶员在环的HIL试验,试验结果表明本文设计的底盘集成控制策略可以有效的提高汽车的行驶安全性。 第七章对全文内容进行工作总结,并对未来的研究方向提出了展望。 本文从实际问题出发,对面向主动安全的汽车底盘集成控制策略进行了研究,并在以下几个方面有所创新: (1)基于分层模块化思想设计了汽车电子稳定性控制策略,在进行横摆稳定性控制时,针对LQR算法对控制模型精度依赖性较高的问题,设计了基于GPC的横摆力矩决策算法,并应用自主开发的车载试验平台对GPC算法的有效性进行了试验验证; (2)针对差动制动和主动前轮转向的集成控制,设计了七自由度预测模型和基于MPC的集成控制算法,实现了ESC和AFS的集成,并应用自主开发的汽车动力学仿真平台对MPC算法的控制效果进行了仿真验证; (3)针对差动制动、主动前轮转向和主动悬架的集成控制,设计了综合SMVSC算法和轮胎力最优分配算法的集成控制策略,实现了ESC、AFS和ASS的集成,并应用自主开发的底盘集成控制硬件在环试验台对控制策略的有效性进行了试验验证。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U463.1

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 郭俐彤;基于底盘集成控制的SUV主动防侧翻系统研究[D];吉林大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨柳青;陈无畏;初长宝;;汽车主动悬架与ABS系统联合控制研究[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2006年06期
2 祁雪乐,宋健,王会义,李亮;基于AMESim的汽车ESP液压控制系统建模与分析[J];机床与液压;2005年08期
3 杨建森;郭孔辉;丁海涛;郝宝青;李飞;;基于模型预测控制的汽车底盘集成控制[J];吉林大学学报(工学版);2011年S2期
4 李刚;宗长富;姜立勇;梁赫奇;洪伟;;主动前轮转向与直接横摆力矩集成控制算法[J];吉林大学学报(工学版);2011年S2期
5 初长宝;陈无畏;;汽车底盘系统分层式协调控制[J];机械工程学报;2008年02期
6 王其东;姜武华;陈无畏;赵君卿;;主动悬架和电动助力转向系统机械与控制参数集成优化[J];机械工程学报;2008年08期
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9 王其东;吴勃夫;陈无畏;;基于预测控制的主动悬架与电动助力转向集成控制[J];农业机械学报;2007年01期
10 喻凡;李道飞;;车辆动力学集成控制综述[J];农业机械学报;2008年06期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 袁忠诚;轮胎稳态模型研究[D];吉林大学;2006年
2 沈晓鸣;基于广义执行器—受控对象的车辆底盘集成控制的研究[D];上海交通大学;2006年
3 刘巍;轻型汽车转向稳定性控制算法及硬件在环试验台研究[D];吉林大学;2007年
4 武建勇;提高车辆操纵稳定性的底盘集成控制系统设计与方法研究[D];上海交通大学;2008年
5 李道飞;基于轮胎力最优分配的车辆动力学集成控制研究[D];上海交通大学;2008年
6 郭建华;双轴汽车电子稳定性协调控制系统研究[D];吉林大学;2008年
7 王爽;某微车悬架K&C特性研究及其对整车操纵稳定性的影响[D];吉林大学;2008年
8 付皓;汽车电子稳定性系统质心侧偏角估计与控制策略研究[D];吉林大学;2008年
9 赵伟;汽车动力学稳定性横摆力矩和主动转向联合控制策略的仿真研究[D];长安大学;2008年
10 金凌鸽;C级车悬架KnC特性优化设计方法研究[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 梁赫奇;基于模型预测控制的底盘分层集成控制算法研究[D];吉林大学;2011年
2 李宁;复杂工况下轮胎侧偏特性仿真模型的修正[D];吉林大学;2007年
3 陈平;基于线控技术的主动转向与差动制动集成控制研究[D];吉林大学;2007年
4 谢剑晖;汽车ESP液压调节器建模与控制策略分析[D];吉林大学;2008年
5 杨建森;悬架K&C特性对汽车操纵性的敏感性分析[D];吉林大学;2008年
6 邵建;汽车半主动悬架与防抱死制动系统的集成控制研究[D];重庆大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李刚;宗长富;陈国迎;洪伟;何磊;;线控四轮独立驱动轮毂电机电动车集成控制[J];吉林大学学报(工学版);2012年04期
2 韩成春;席建中;;电液控制单元控制线圈的温度预测建模与仿真[J];测控技术;2012年07期
3 周磊;张向文;;基于Dugoff轮胎模型的爆胎车辆运动学仿真[J];计算机仿真;2012年06期
4 陈无畏;刘翔宇;黄鹤;喻海军;;考虑路面影响的车辆稳定性控制质心侧偏角动态边界控制[J];机械工程学报;2012年14期
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6 吴学农;张海涛;;基于半车动力学模型的汽车被动悬架特性研究[J];南通职业大学学报;2012年02期
7 王国业;张彦如;章娟丽;冯艳丽;张露;;基于非平稳约束试验系统的汽车附着极限稳定性研究[J];农业机械学报;2012年08期
8 肖清;叶冀萍;郑立捷;刘瑞海;;采用比例控制与压力补偿的船用升降机液压系统仿真研究[J];机床与液压;2012年14期
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10 单少华;田浪;;山区道路车辆安全行驶的侧滑安全度模型建立[J];黑龙江科技信息;2012年19期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李辉;李永波;;主动前轮转向系统分析[A];经济策论(下)[C];2011年
2 李辉;李永波;;主动前轮转向系统分析[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集(下)[C];2011年
3 贺妍;张晓燕;李海滨;刘科元;刘志彬;段志信;;履带车辆的动力学建模与仿真[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 阮久宏;杨福广;邱绪云;李贻斌;;基于LuGre动态模型的车轮独立驱动控制研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 李会军;叶宾;;一种基于递归BP神经网络的多步预测控制方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 贾增本;解小华;连玺;刘通;;基于FPGA的汽车质心侧偏角估计器设计与实现[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
7 韩成春;肖理庆;席建中;邵晓根;;汽车电液控制单元控制线圈的无传感温度测量方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
8 周毅;;某轻型卡车制动稳定性分析[A];第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2009年
9 刘新;;基于ADAMS的某轻型卡车操纵稳定性分析[A];第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2009年
10 侯炜;刘红领;张林波;张德超;;基于衬套的准柔性体离散化建模方法研究[A];第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 刘翔宇;基于直接横摆力矩控制的车辆稳定性研究[D];合肥工业大学;2010年
3 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年
4 罗石;线控转向系统主动安全预测控制策略的研究[D];江苏大学;2010年
5 童伟;整体耦合式消扭悬架系统原理及其运动学和动力学研究[D];华南理工大学;2010年
6 周猛飞;延迟焦化工业过程先进控制与性能评估[D];浙江大学;2010年
7 褚端峰;客车行驶稳定性控制的关键技术研究[D];武汉理工大学;2010年
8 吴参;车辆半主动悬架非线性特性与控制算法研究[D];浙江大学;2010年
9 魏晋宏;预测控制在工业生产过程中的应用研究[D];太原理工大学;2011年
10 张杨;非结构地形下铰接车体的运动稳定性研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐玉颖;气垫式流浆箱智能解耦控制系统[D];浙江理工大学;2010年
2 吴夏来;广义预测控制简化算法研究[D];浙江理工大学;2010年
3 王永涛;车辆悬架优化控制与汽车平顺性分析[D];郑州大学;2010年
4 吴志中;航空液压系统压力模块动态特性的研究[D];郑州大学;2010年
5 王学平;飞机阻拦规律研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 王培;基于差动制动的汽车动力学稳定性控制策略研究[D];长沙理工大学;2010年
7 谭帅;基于DWO算法的预测控制及在电力负荷预测中的研究与应用[D];长沙理工大学;2010年
8 向烨;基于行车舒适性的高填方路基差异沉降指标研究[D];长沙理工大学;2010年
9 赵高见;装载机变速箱电控操纵系统研究[D];合肥工业大学;2010年
10 张宝霞;汽车用二氧化钛薄膜制备的温度控制研究[D];合肥工业大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱冰;任露泉;赵健;李幼德;;基于逆乃奎斯特阵列法的车辆底盘主动转向与主动制动集成控制[J];吉林大学学报(工学版);2011年S2期
2 丛爽,邓娟;MATLAB环境下的模型预测控制理论的应用[J];计算机工程与应用;2005年16期
3 朱茂桃;邵长征;王国林;;基于CarSim的路面模型重构及车辆平顺性仿真分析[J];机械设计与制造;2010年10期
4 朱天军;宗长富;吴炳胜;孙振军;;基于改进TTR算法的重型车辆侧翻预警系统[J];机械工程学报;2011年10期
5 史红梅,冯丽辉,钟伟红,彭云峰;基于模型的预测控制算法研究[J];昆明理工大学学报(理工版);2002年06期
6 何锋,杨利勇;非满载罐式汽车准静态侧翻阈值的计算与分析[J];贵州师范大学学报(自然科学版);2004年02期
7 齐鲲鹏;隆武强;陈雷;;硬件在环仿真在汽车控制系统开发中的应用及关键技术[J];内燃机;2006年05期
8 喻凡;李道飞;;车辆动力学集成控制综述[J];农业机械学报;2008年06期
9 王健;余贵珍;张为;丁能根;;基于滑模观测和模糊推理的车辆侧翻实时预警技术[J];农业机械学报;2010年06期
10 赵健;郭俐彤;朱冰;黄庆玲;李世超;周欣;;基于神经网络和侧翻时间算法的轻型汽车侧翻预警[J];吉林大学学报(工学版);2012年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 金智林;运动型多功能汽车侧翻稳定性及防侧翻控制[D];南京航空航天大学;2008年
2 朱天军;基于改进TTR重型车辆侧翻预警及多目标稳定性控制算法研究[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汤敏;运动型多功能汽车防侧翻控制与评价方法研究[D];吉林大学;2011年
2 梁赫奇;基于模型预测控制的底盘分层集成控制算法研究[D];吉林大学;2011年
3 袁新宇;模型预测控制及其应用研究[D];浙江大学;2002年
4 丁晟华;车辆稳定性控制系统的接口设计及抗干扰研究[D];东南大学;2006年
5 祁永宁;4WS车辆直接横摆力矩控制与硬件在环仿真系统[D];东南大学;2005年
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7 田杨;汽车底盘操纵性虚拟试验评价与改进[D];吉林大学;2007年
8 张先奎;基于姿态监测的汽车侧翻预警及控制研究[D];南京航空航天大学;2007年
9 黄杰燕;基于TTR预警的重型车辆防侧翻控制系统的研究[D];吉林大学;2008年
10 成光华;基于TTR的汽车侧翻预警器设计[D];南京航空航天大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 俞建成;张艾群;王晓辉;;基于SQP算法的7000m载人潜水器有约束非线性控制分配研究[J];信息与控制;2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 郭洪艳;陈虹;柳致海;;基于EKF的汽车轮胎力估计研究[A];PCC2009—第20届中国过程控制会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 庄晔;轮胎动摩擦特性研究及其对车辆操纵稳定性的影响[D];吉林大学;2004年
2 袁忠诚;轮胎稳态模型研究[D];吉林大学;2006年
3 蔡章林;基于VPD技术的悬架设计及整车试验优化[D];吉林大学;2007年
4 赵健;轻型越野汽车牵引力/制动力控制系统研究[D];吉林大学;2007年
5 沈晓鸣;基于广义执行器—受控对象的车辆底盘集成控制的研究[D];上海交通大学;2006年
6 刘巍;轻型汽车转向稳定性控制算法及硬件在环试验台研究[D];吉林大学;2007年
7 李道飞;基于轮胎力最优分配的车辆动力学集成控制研究[D];上海交通大学;2008年
8 邢天伟;基于田口方法的整车平顺性仿真及优化[D];吉林大学;2008年
9 郭建华;双轴汽车电子稳定性协调控制系统研究[D];吉林大学;2008年
10 牛礼民;车辆半主动悬架和电动助力转向集成控制的研究与实现[D];江苏大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张利鹏;汽车转弯制动性能分析与防抱控制仿真研究[D];燕山大学;2004年
2 王妍旻;汽车电动助力转向与主动悬架集成系统自适应控制研究[D];合肥工业大学;2004年
3 刘巍;驱动工况汽车稳定性控制算法研究[D];吉林大学;2004年
4 蒋先平;汽车主要总成参数关于操纵稳定性的灵敏度分析及优化[D];吉林大学;2005年
5 蔡英武;线控转向系统参数与整车匹配设计的研究[D];吉林大学;2005年
6 陈箭;ABS&TCS控制系统的控制算法研究与仿真分析[D];吉林大学;2005年
7 符浩翔;汽车悬架与四轮转向系统的综合控制研究[D];重庆大学;2005年
8 孙习武;车辆防抱制动系统的仿真研究[D];合肥工业大学;2006年
9 金凌鸽;统一轮胎模型与动力学软件的连接[D];吉林大学;2006年
10 王宪彬;用于ESP系统的车辆状态参数软测量方法研究[D];吉林大学;2006年
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7 马微;;网络化技术信息管理方法在设计企业的应用[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
8 李英;王健;;多种测试仪器的计算机集成控制技术[A];第四届中国测试学术会议论文集[C];2006年
9 韩峰;;关于汽车制动间隙自动调整臂标准的设想[A];2005年中国客车学术年会论文集[C];2005年
10 邱波峡;;汽车底盘浸涂水溶性环氧酯浸涂漆生产线的施工[A];环保型涂料及涂装技术研讨会论文集[C];2000年
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7 张筱梅;“苹果”熟了[N];厂长经理日报;2000年
8 杨景定;要钢板硬扛还是吸能溃缩[N];市场报;2006年
9 本刊特约主笔 刘勇;安全永远是第一位的[N];工人日报;2007年
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2 刘显贵;汽车底盘关键子系统的稳定性分析与集成控制研究[D];合肥工业大学;2010年
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6 孙万峰;商用车牵引力与制动力集成控制算法研究[D];吉林大学;2010年
7 李义;汽车复杂注塑件气辅注塑成型装备关键技术的研究[D];吉林大学;2006年
8 陈从平;芯片封装中时间—压力点胶过程建模、控制与应用研究[D];华中科技大学;2007年
9 沈晓鸣;基于广义执行器—受控对象的车辆底盘集成控制的研究[D];上海交通大学;2006年
10 玄圣夷;面向主动安全的汽车底盘行驶稳定性控制策略研究[D];吉林大学;2010年
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1 柴卫红;汽车底盘主动安全集成控制技术研究[D];长春工业大学;2010年
2 杨玲敏;汽车底盘电控系统集成控制策略研究[D];西南交通大学;2010年
3 周贤勇;基于总线的汽车底盘电控单元及系统集成技术[D];浙江工业大学;2012年
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5 刘经文;四轮独立电动车驱动/转向/制动稳定性集成控制算法研究[D];吉林大学;2012年
6 王西建;轻型汽车神经网络非线性解耦底盘集成控制研究[D];吉林大学;2013年
7 梁赫奇;基于模型预测控制的底盘分层集成控制算法研究[D];吉林大学;2011年
8 姬会东;移相干涉仪中主动抗振及电器集成控制技术研究[D];南京理工大学;2004年
9 应艳杰;EPS与ASS整车系统的H_∞/PID集成控制研究[D];合肥工业大学;2005年
10 温溢;中置式汽车底盘电力测功机设计与实现[D];河北工业大学;2011年
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