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《上海交通大学》 2008年
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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

武建勇  
【摘要】: 车辆底盘集成控制是近年来汽车工程研究领域的一个热点和难点,其内涵正随着汽车动力学、现代控制理论、计算机仿真和微电子等先进技术的发展而得到不断丰富,并朝着线束控制(X-by-Wire)的方向不断发展。因此,论文分析了以往以车辆底盘各子系统为主的单独控制方式的局限性和底盘集成控制的潜在优势,并从车辆动力学本质出发,研究了车辆的四轮转向(4WS)和横摆控制力矩(DYC)的协调与集成控制机理。 通常情况下,车辆动力学控制的本质都可归结为轮胎与地面之间纵向力、侧向力和横摆力矩对车辆运动状态的控制过程。论文从车辆动力学本质出发,分析了轮胎的稳态特性与瞬态特性,建立了8自由度的整车模型,设计了集成四轮转向和横摆力矩控制的双层结构底盘集成控制系统。集成控制系统的第一层,即主环路是基于线性矩阵不等式(LMI)的H∞控制,它优化了车辆的四轮转向角和横摆控制力矩,并计算相应车轮的纵向参考滑移率;集成系统的第二层,即伺服环路是具有旋转滑动平面的滑模控制,旋转的滑动平面使系统运动状态一开始就在滑动平面上移动,减小了系统抖动,加快了响应速度,提高了控制器跟踪车轮参考滑移率的精度,使车辆的横摆力矩控制得以快速、准确地实现。在集成控制策略中用到的反馈变量如车身侧偏角在车辆实际运动中是难以用传感器进行测量的,为减小控制器设计难度,降低设计成本,论文还设计了车身侧偏角滑模观测器。通过极限操纵工况下车辆的开环与闭环仿真实验,验证了底盘集成控制系统可以显著提高车辆的操纵稳定性与主动安全性,而且滑模观测器不论在幅值还是相位上都准确跟踪了车身的实际侧偏角。 为缩短控制系统开发周期,减少实车试验带来的风险,论文基于底盘集成控制系统的基础上,建立了包含收敛场向量驾驶员模型的人-车闭环交互集成控制系统,整个闭环系统可分为内环控制回路和外环控制回路。内环控制回路即车辆底盘集成控制系统,它集成控制了4WS、DYC与TCS在纵向、侧向和横摆角速度上对车辆操纵稳定性和主动安全性的影响;外环路控制器即车辆驾驶员模型,它为底盘集成控制提供了参考控制变量,和车辆的参考行驶路径跟踪。通过S弯转路径的人-车闭环交互集成控制的仿真试验,验证了基于底盘集成控制的人-车闭环控制系统不但可以提高车辆的操纵稳定性与主动安全性,而且还可以提高车辆的路径跟踪能力,减轻驾驶员的工作强度。 论文还从硬件和软件上开发了底盘转向系电动助力转向控制系统(EPS),建立了EPS试验平台,实现了车辆底盘转向系统的助力电机输出控制。EPS系统硬件包括主控电路和驱动电路,软件则分为底层驱动程序、应用层程序和算法层程序。底盘EPS试验平台的建立,为车辆底盘转向系与制动系集成控制系统算法检验平台,即其硬件在环仿真(HIL)系统的建立打下了坚实的基础。 极限工况下车辆的开环和闭环仿真,验证了底盘集成控制对提高车辆操纵稳定性的意义。分析仿真试验结果可知,底盘各子系统的单独控制虽然在一定程度上可以提高车辆的操纵稳定性,但系统的跟踪误差相当明显,往往超出控制策略所允许的不确定上界,难以获得良好的车辆运动状态。对于集成控制车辆,系统的跟踪误差限制在了较小水平范围内,保证了系统的鲁棒性,车辆在各种极限工况下也能保证良好的操纵稳定性和路径跟踪能力。因此,车辆底盘集成控制系统的研究和车辆硬件在环仿真试验平台的开发将提高车辆行驶的主动安全性,加快控制系统的开发速度,加快车辆线控技术的实现,使未来车辆的驾驶更加安全、舒适。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:U463.1

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【引证文献】
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【共引文献】
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9 刘献栋;丰伟;康宁;;考虑罐内液体晃动的液罐半挂汽车列车动力学仿真研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
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【同被引文献】
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8 毛艳娥;井元伟;曹一鹏;张嗣瀛;;基于RBF神经网络的汽车ABS滑模控制器的设计[J];东北大学学报(自然科学版);2009年03期
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10 皮大伟;陈南;王金湘;;模糊逻辑在车辆稳定性控制系统中的应用[J];东南大学学报(自然科学版);2008年01期
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1 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
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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7 朱西成;汽车防抱死制动系统的设计[D];西北工业大学;2005年
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10 孟晓楠;SAE J1939协议分析和SmartJ1939系统设计实现[D];浙江大学;2006年
【二级引证文献】
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4 杨福广;阮久宏;李贻斌;荣学文;邱绪云;尹占芳;;4WID-4WIS车辆横摆运动AFS+ARS+DYC模糊控制[J];农业机械学报;2011年10期
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1 白艳;汽车易驾驶性评价的随机驾驶员模型方法[D];吉林大学;2012年
2 王智深;客车气压制动系统欠压补偿控制技术研究[D];武汉理工大学;2012年
3 张浩;客车操纵稳定性分析及其控制策略研究[D];吉林大学;2012年
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1 马国宸;基于分层式结构汽车底盘系统集成控制研究[D];浙江大学;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 侯辉;4WD电动汽车AFS控制方法的研究[D];燕山大学;2011年
4 连玺;基于AMESim的车速估计算法的设计与研究[D];吉林大学;2012年
5 张强;全线控电动汽车状态估计与牵引力控制[D];吉林大学;2012年
6 邬占;并联式混合动力轿车驱动防滑控制算法研究[D];吉林大学;2012年
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9 陈龙;尤妍娴;江浩斌;牛礼民;汪若尘;;EPS与SASS的自校正集成控制仿真及试验研究[J];汽车技术;2008年05期
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3 记者 胡晓峰;我国挖泥船控制系统达世界一流水平[N];中国船舶报;2007年
4 姜恩 记者 张丽辉;燕山大学关新平教授获2006年度高校自然科学一等奖[N];河北日报;2007年
5 ;我校获2008年度国家科技奖成果简介[N];新清华;2009年
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7 张文强;提升安全概念 丰田铺路YARIS[N];财经时报;2007年
8 南翔;科研创新领头雁 赣鄱大地著华章[N];科技日报;2010年
9 肖箐;海尚305混合动力车上市在即[N];中国工业报;2005年
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1 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
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3 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
4 黄自元;扫描探针显微镜智能自动化策略研究及应用[D];上海大学;2004年
5 丰保民;自由漂浮空间机器人轨迹规划与轨迹跟踪问题研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
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7 刘大亮;一种球形移动机器人的运动分析与控制技术的研究[D];北京邮电大学;2009年
8 赵新华;水下超高速航行体动力学建模与控制研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
9 丛佩超;空间机械臂抓取目标的碰撞前构型规划与控制问题研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
10 朱康武;作业型ROV多变量位姿鲁棒控制方法研究[D];浙江大学;2012年
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1 安明伟;机床用磁悬浮系统悬浮高度的鲁棒控制研究[D];沈阳工业大学;2010年
2 李克宁;基于主从微分对策的ESP/ABS集成控制方法研究[D];吉林大学;2007年
3 杨岚;永磁直线电机伺服系统时变滑模控制[D];沈阳工业大学;2011年
4 孙静;模糊滑模控制的研究[D];北京化工大学;2003年
5 侯晓丽;奇异不确定时滞系统的鲁棒镇定与保性能控制[D];郑州大学;2004年
6 周颖;基于模糊滑动面的滑动模态控制方法研究[D];河北工业大学;2000年
7 王莹;新型汽车主动悬架系统及其鲁棒控制研究[D];广东工业大学;2005年
8 卜劭华;液压伺服驱动位置系统的鲁棒控制[D];燕山大学;2002年
9 秦岭;具有区域极点约束的不确定系统鲁棒控制[D];武汉科技大学;2003年
10 马丹;延时网络控制系统的滑模控制[D];沈阳工业大学;2004年
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