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基于滑模控制理论的线控转向车辆横摆稳定性控制系统研究

史立恒  
【摘要】:随着现代汽车工业的发展,人们对汽车稳定安全性提出了更高的要求。为了改善车辆在特定工况下的转向稳定性,本文主要研究线控转向车辆,把它视为被控对象,在非线性扰动观测理论和滑模控制理论的基础上,提出了一种可实施的线控转向横摆稳定控制策略。本文对线控转向汽车进行建模和侧向动力学分析,进而考虑横摆角速度和质心侧偏角对车辆横摆稳定性的影响,同时利用理想车辆模型得到期望的横摆角速度和质心侧偏角,最终确定了线控转向车辆横摆稳定控制策略。该控制策略的组成部分主要是质心侧偏角观测器、上层控制器-横摆角速度控制器和下层控制器-前轮转角控制器:1)在线性二自由度车辆模型的基础上,应用了现代观测理论构建滑模状态观测器得到车辆质心侧偏角的估计值;2)利用积分终端滑模控制理论,设计了横摆角速度控制器,其主要作用在于保证车辆实际的横摆角速度在有限时间内跟踪上期望的横摆角速度,且质心侧偏角的实际值也趋近于0,并输出修正转角_((8);3)采用鲁棒自适应滑模控制算法,设计下层控制器,保证实际前轮转角跟踪的上期望前轮转角。首先通过CarSim建立整车动力学模型,再利用Simulink搭建横摆稳定性控制系统,并将CarSim和Simulink进行联合仿真,构建出硬件在环实验平台。本文引入有无侧向风干扰,并采用斜坡输入和单移线输入两种方向盘转角输入信号,在路面摩擦系数低的道路上分别构建四组实验方案,从而对车辆进行闭环仿真测试。测试结果表明,本文提出的积分终端滑模和鲁棒自适应滑模整体控制策略确实能够保证车辆的横摆稳定性,这一结果不仅消除了传统滑模控制器中存在的抖振问题,并且具备了更强的精确性和鲁棒性。


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