買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 汽車穩(wěn)定性 控制系統(tǒng)通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)狀態(tài)改善車輛在軟弱附著路面的牽引性和操縱穩(wěn)定性 ,汽車電控系統(tǒng)開發(fā)的實(shí)質(zhì)是進(jìn)行車輛控制原型及執(zhí)行器間的性能匹配 ,但單純計(jì)算機(jī)仿真難以完成這一任務(wù)。隨著相關(guān)技術(shù)的成熟，硬件在環(huán)仿真以其開發(fā)周期短、成本低和接近實(shí)際情況正成為汽車電控系統(tǒng)開發(fā)的主要研究手段。 本文主要研究利用 件模擬捷達(dá)車的穩(wěn)定性控制系統(tǒng)中的控制器，通過(guò)用 件的編程和控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪的制動(dòng)壓力的分配以及完成對(duì)控制器硬件的檢測(cè)任務(wù)。試驗(yàn)臺(tái)主要是把計(jì)算機(jī)和硬件， 如：傳感器，執(zhí)行器連接到一起，形成一個(gè)完整的汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。 基于 件平臺(tái)建立了車輛驅(qū)動(dòng) 穩(wěn)定性 控制硬件在環(huán)仿真平臺(tái)，通過(guò)該平臺(tái)進(jìn)行了控制器硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了控制器能夠穩(wěn)定工作，控制算法可以有效控制驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)，顯著改善車輛的起步加速性能，為實(shí)車試驗(yàn)以及電控單元的進(jìn)一步開發(fā)打下了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞 ：穩(wěn)定性；策略；仿真；側(cè)偏角；橫擺角速度 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 to by in to of is a of is o of in in is to is of to to of is to a on of a in of in of u s hi 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘 要 I 1 章 緒 論 1 述 1 車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺(tái)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 外研究現(xiàn)狀 1 內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 究汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)的 目的和意義 3 車穩(wěn)定性控制 系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺(tái)的核心問(wèn)題及研究熱點(diǎn) 4 車穩(wěn)定性控制 系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真 試驗(yàn)臺(tái) 的發(fā)展前景 4 第 2 章 試驗(yàn)臺(tái)的組成和原理及控制策略 6 車穩(wěn)定性控制硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺(tái)的組成 6 車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)與工作原理 6 車穩(wěn)定性控制 系統(tǒng)的理論基礎(chǔ) 6 車穩(wěn)定性控制 系統(tǒng)的工作原理 7 車穩(wěn)定性控制 系統(tǒng)的控制策略 7 度轉(zhuǎn)向時(shí)的控制措施 7 足轉(zhuǎn)向時(shí)的控制措施 8 章小結(jié) 8 第 3 章 汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的控制算法 9 車失穩(wěn)的原因 9 擺角速度對(duì)汽車穩(wěn)定性的影響 9 導(dǎo)理想二自由度的汽車模型 10 輛穩(wěn)定性控制理想目標(biāo)的確定 12 想橫擺角速度的計(jì)算 12 想質(zhì)心側(cè)偏角的計(jì)算 12 制算法 14 章小結(jié) 14 第 4 章 汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng) 硬件在環(huán) 仿真試驗(yàn)臺(tái) 硬件設(shè)計(jì) 15 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 件系統(tǒng) 15 算機(jī) 15 感器 及執(zhí)行器 16 集卡 18 章小結(jié) 20 第 5 章 件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺(tái) 軟件設(shè)計(jì) 21 件介紹 21 件簡(jiǎn)介 21 要特點(diǎn) 21 統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 統(tǒng)軟件框圖 26 章小結(jié) 26 第 6 章 汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)仿真分析 27 統(tǒng)仿真試驗(yàn)臺(tái) 27 達(dá)汽車動(dòng)力學(xué)模型的基本參數(shù) 27 車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)控制算法的驗(yàn)證 28 行仿真試驗(yàn) 28 真結(jié)果 31 結(jié) 論 32 參考文獻(xiàn) 34 致 謝 35 附錄 A 外文文獻(xiàn) 36 附錄 B 外文文獻(xiàn)的中文譯文 42 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 緒 論 述 汽車電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)又稱為汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，英文縮寫為 但車型不同，其縮寫有所不同。沃爾沃稱其為 馬稱其為 田稱其為 原理和作用基本相同。汽車電子穩(wěn)定性程序控制系統(tǒng)是通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整車輛的運(yùn)行狀態(tài)，使車輛能夠按照駕駛員的意圖行駛，并防止車輛失穩(wěn)的汽車主動(dòng)安全裝置，是當(dāng) 今國(guó)際上汽車主動(dòng)安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 在制動(dòng)防抱死系統(tǒng) (驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng) (礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 1992 年司與 司共同合作，在 基礎(chǔ)上開發(fā)出車輛的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定控制系統(tǒng) (它是通過(guò)橫擺角速度反饋控制來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛行駛方向性和穩(wěn)定性的控制。該系統(tǒng)安裝在 種系統(tǒng)只是在原有的 基礎(chǔ)上增加了方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，橫擺角速度通過(guò)左右兩個(gè)非驅(qū)動(dòng)輪的輪速差來(lái)間接估算的 1。第一代 統(tǒng)是 最早原型。 統(tǒng)自從誕生之日起，經(jīng)過(guò)短短的十幾年的迅猛發(fā)展，它的市場(chǎng)普及率越來(lái)越高。 2004 年歐洲新車 平均裝車率達(dá)到了 36%，而德國(guó)的新車裝車率更是達(dá)到了 64%1。在美國(guó)， 經(jīng)于 2007 年成為輕型汽車的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù) 要求， 2008 年 9 月 2009 年 8 月 車率要達(dá)到 55%； 2009 年 9 月 2010 年 8 月 5%；而 2010 年 9 月 2011 年 8 月 車率要達(dá)到 95%。而在我國(guó)普及率只有 3%4%，與國(guó)外差距明顯 1。 在汽車開發(fā)過(guò)程中，實(shí)車試驗(yàn)具有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性，同時(shí)對(duì)場(chǎng)地要求很苛刻，所以需要硬件在環(huán)仿真平臺(tái)。本文基于 建了 硬件在環(huán)仿真平臺(tái)。所采用的 2 自由度整車模型由 仿真模塊搭建，仿真周期為 1有效地對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行仿真。 車穩(wěn)定性控制系統(tǒng) 硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺(tái) 的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 外研究現(xiàn)狀 研究初期，人們提出了有關(guān) 一些解決方案，并未進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用。第一個(gè)解決方案由 提出，他通過(guò)改變汽車在全制動(dòng)轉(zhuǎn)彎時(shí)車輪滑動(dòng)率的分配，來(lái)降低車輛的 偏航，同時(shí)也減少了制動(dòng)距離； 提出了另一種解決方案，買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 將 懸架控制、轉(zhuǎn)向控制作為子系統(tǒng)添加到車輛的動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)中；同時(shí)一些有關(guān)通過(guò)四輪轉(zhuǎn)向，四輪驅(qū)動(dòng)和主動(dòng)懸架等來(lái)改善汽車穩(wěn)定性的文獻(xiàn)也有發(fā)表：在文獻(xiàn)中提到通過(guò)利用 控制車輛的動(dòng)念運(yùn)動(dòng)，并指出通過(guò)利用駕駛員期望的汽車運(yùn)動(dòng)與汽車實(shí)際運(yùn)動(dòng)之間的差別來(lái)單獨(dú)控制車輪滑動(dòng)率的必要性。德國(guó) 司根據(jù) 和 提出的思想，與 司合作，從1992 年開始致力于該系統(tǒng)的開發(fā)，并在當(dāng)年推出了第一代 系統(tǒng)，它只是通過(guò)監(jiān)測(cè)橫擺角速度來(lái)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩來(lái)阻止汽車進(jìn)入非穩(wěn)定行駛工況。兩年后，它們?cè)诘谝淮幕A(chǔ)上推出了第二代系統(tǒng)，該系統(tǒng)是根據(jù)監(jiān)測(cè)左右輪速差通過(guò)施加制動(dòng)力和改變發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩來(lái)改善汽車的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。兩年后他們又推出第三代產(chǎn)品，從最開始的只對(duì)橫擺角速度控制，增加到也對(duì)車輛質(zhì)心側(cè)偏角的控制，從而使汽車行駛穩(wěn)定，控制更加完善。到 1998 年為止，該公司開發(fā)的 以用在所有驅(qū)動(dòng)形式 (前輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)、四輪驅(qū)動(dòng) )的汽車上。此外，福特汽車公司通過(guò)仿真于 1995 年提出了其 基本構(gòu)想，是用橫擺角速度作為反饋控制來(lái)實(shí)現(xiàn)自彳亍轉(zhuǎn)向的制動(dòng)力矩控制。豐田汽車公司開發(fā)出了通過(guò)主動(dòng)差動(dòng)控制來(lái)改善汽車在轉(zhuǎn)向極限時(shí)操縱穩(wěn)定性和方向穩(wěn)定性的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性控制系統(tǒng) 后，奔馳公司也推出了 迪拉克推出了其 品，成為北美第一個(gè)關(guān)于 統(tǒng)的制造商。此外，尼桑公司及三菱公司等也都在開發(fā)自己的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。各汽車制造廠商所研發(fā)的汽車穩(wěn)定系統(tǒng)的功能與 統(tǒng)的功能相似，只是采用了不同的英文縮寫。例如，寶馬公司將其稱為 統(tǒng)， 而保時(shí)捷和豐田公司則將其分別稱為 統(tǒng)，許多國(guó)際知名的汽車制動(dòng)器制造商，例如德國(guó)的 司等，也在其產(chǎn)品中集成了具有相同功能的車輛動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)，并都根據(jù)其產(chǎn)品的特點(diǎn)，采用了下列英文 (或的文 )縮寫： 。如今，所有奔馳牌轎車均早己安裝了該系統(tǒng)，大眾和寶馬公司也逐步將其由選裝改為標(biāo)準(zhǔn)配置 2。 內(nèi)研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)對(duì)汽車動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性控制的研究起步較晚，大多數(shù)學(xué)者只是基于理論研究，目前還沒(méi)有成熟產(chǎn)品問(wèn)世。國(guó)內(nèi)對(duì) 研究大都通過(guò)模擬仿真的形式，來(lái)揭示 ：程軍 用模擬的方法研究了汽車車動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)，采用閉環(huán)的橫擺角速度及汽車側(cè)偏角控制，用它們之問(wèn)的相平面來(lái)確定穩(wěn)定性區(qū)域，采用 制算法，并且討論了汽車動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性控制和 結(jié)合與切換問(wèn)題。王德平等對(duì) 原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并提出了車身側(cè)偏角的控制準(zhǔn)則，采用邏輯門限值控制算法，對(duì)汽車動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了仿真分析，并在汽車駕駛模擬器所提供買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 的虛擬環(huán)境下進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。趙治國(guó)等提出了車輛側(cè)滑速度的 3 種實(shí)時(shí)估計(jì)方案，視實(shí)際車輛前后輪側(cè)偏剛 度為有界不確定性參數(shù)，設(shè)計(jì)了車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性變結(jié)構(gòu)控制策略來(lái)跟蹤線性兩自由度理想車輛模型的穩(wěn)態(tài)輸出響應(yīng)，通過(guò)仿真驗(yàn)證了該方案的可行性。董華林等在 境下建立了整車虛擬樣機(jī)模型，采用汽車側(cè)偏角估計(jì)期望橫擺角速度的邊界，以橫擺角速度為控制變量，對(duì) 統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。國(guó)內(nèi)許多高校都積極開展了對(duì) 統(tǒng)的研究工作，大多通過(guò)軟件仿真或硬件在環(huán)仿真對(duì) 統(tǒng)進(jìn)行了研究，著重點(diǎn)有所不同，有的重在對(duì)控制算法進(jìn)行驗(yàn)證，有的重于探討 統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。上海交通大學(xué)，承擔(dān)的上汽基金會(huì)的重點(diǎn)公關(guān)項(xiàng)目 的“汽車動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)車試驗(yàn)”項(xiàng)目已經(jīng)得到順利完成，為國(guó)內(nèi) 外，吉林大學(xué)、清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等高校，中國(guó)重汽集團(tuán)、上海匯眾汽車制造有限公司等企業(yè)和濟(jì)南捷特汽車電子等研究所也在這方面開展了研究工作 3。 究汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng) 硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái) 的 目的和意義 隨著汽車行駛速度不斷提高，急速轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，由于會(huì)出現(xiàn)路面狀況變化 (如冰雪路面、沙漠或沙礫路面等 )緊急避讓等難以預(yù)計(jì)的情況，而引起不穩(wěn)定因素，如轉(zhuǎn)向過(guò)度、轉(zhuǎn)向不足或者是打滑，甚至急劇旋轉(zhuǎn)等 情況發(fā)生。在這種情況下， 統(tǒng)會(huì)自動(dòng)比較駕駛員意圖和實(shí)際路線的差距，通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和各車輪的制動(dòng)力來(lái)減少車輪打滑和車身旋轉(zhuǎn)以提高車輛控制力，迅速閃避危險(xiǎn)，避免事故發(fā)生 4。 統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)車輛在轉(zhuǎn)向、制動(dòng)或打滑時(shí)，通過(guò)對(duì)制動(dòng)、動(dòng)力系統(tǒng)的干涉，穩(wěn)定車輛的行駛。例如，當(dāng)駕駛員在轉(zhuǎn)向時(shí)，經(jīng)常會(huì)由于操作失誤，產(chǎn)生“轉(zhuǎn)向過(guò)度”或“轉(zhuǎn)向不足” 5。如果不立即改正，車輛就會(huì)偏離正確的行駛軌跡，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生事故。此時(shí)， 統(tǒng)將會(huì)通過(guò)對(duì)一個(gè)以上的前、后車輪進(jìn)行制動(dòng)干預(yù)，使車輛能迅速克服 上述操作失誤，不偏離正確的行駛軌跡，確保安全。 這說(shuō)明開發(fā)研究 統(tǒng)十分必要。 隨著道路條件的改善，汽車行駛速度越來(lái)越高，高速狀態(tài)下行駛的汽車在緊急轉(zhuǎn)向、制動(dòng)，或在較大側(cè)向風(fēng)影響下轉(zhuǎn)向時(shí)，其側(cè)向力常常接近附著極限或達(dá)到飽和狀態(tài)，從而出現(xiàn)側(cè)滑、激轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)向反應(yīng)遲鈍等喪失穩(wěn)定性的危險(xiǎn)情況。汽車電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng) (以調(diào)節(jié)車輪縱向力大小及匹配來(lái)使車輛在緊急轉(zhuǎn)向、制動(dòng)或受側(cè)向風(fēng)作用時(shí)具有良好的操縱性和穩(wěn)定性，可見(jiàn)它對(duì)于提高車輛的主動(dòng)安全性、減少事故風(fēng)險(xiǎn)及減輕駕駛員負(fù)擔(dān)具有重要意義。 汽車主動(dòng)安全領(lǐng) 域技術(shù)的制高點(diǎn)，該項(xiàng)技術(shù)被國(guó)外大公司所壟斷，國(guó)內(nèi)尚處于研發(fā)階段。在 發(fā)過(guò)程中，需要大量實(shí)車試驗(yàn)。該試驗(yàn)有兩大困難：一是試買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 驗(yàn)具有相當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性，二是試驗(yàn)對(duì)場(chǎng)地要求很苛刻。所以，開發(fā)硬件在環(huán)仿真平臺(tái)就成為一種迫切需求。該仿真平臺(tái)對(duì)加速 制器的算法開發(fā)有重大作用。本文采用了 司的 為下位機(jī)來(lái)搭建系統(tǒng)。本方案通過(guò)深入調(diào)研，主要考慮性能、價(jià)格、易實(shí)現(xiàn)性等方面之后，最終選擇了 案來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)搭建 6。 車穩(wěn)定性控制 系統(tǒng) 硬件在環(huán)仿真 試驗(yàn)臺(tái) 的核心問(wèn)題及研究熱點(diǎn) 目前， 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)車輛縱向、橫向及垂向運(yùn)動(dòng)的控制來(lái)提高車輛在危險(xiǎn)工況下的操縱性能。車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)有三個(gè)主要的問(wèn)題 4： (1)要設(shè)計(jì)合理的狀態(tài)觀測(cè)器，對(duì)難以進(jìn)行測(cè)量的物理量進(jìn)行估計(jì)，例如，質(zhì)心側(cè)偏角。 (2)橫擺力矩控制策略的設(shè)計(jì)，即根據(jù)車輛目前的狀態(tài)計(jì)算出所需的橫擺力矩，目前大部分研究均集中在該方面。 (3)如何分配各車輪上的制動(dòng)力已精確實(shí)現(xiàn)所需的橫擺力矩。 目前， 統(tǒng)研究的熱點(diǎn)主要集中在 5： (1)傳感器技術(shù)的發(fā)展：傳感器技術(shù)直接推動(dòng)了 快速發(fā)展，通過(guò)采用價(jià)格低廉的高精度微機(jī) 械橫擺角速度傳感器，不僅提高了可靠性而且降低了成本，采用集成化的壓力傳感器實(shí)現(xiàn)壓力的精確控制。 (2)液壓控制單元的設(shè)計(jì)：下一代 采用模擬控制閥 (A/D 閥 )優(yōu)化液壓控制及車輪控制，通過(guò)優(yōu)化的封裝工藝，進(jìn)一步降低重量。 (3)硬件設(shè)計(jì)：采用功能更加強(qiáng)大的 汽車狀態(tài)進(jìn)行更加精確的估算，采用魯棒性更好的非線性控制技術(shù)對(duì)汽車側(cè)向穩(wěn)定性進(jìn)行優(yōu)化控制。 (4)系統(tǒng)集成化綜合控制技術(shù)：通過(guò)車載網(wǎng)絡(luò)與自適應(yīng)巡航系統(tǒng) (車身側(cè)傾控制系統(tǒng) (汽車控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及整車性能優(yōu)化控制，提高汽 車綜合安全性能。 車穩(wěn)定性控制 系統(tǒng) 硬件在環(huán)仿真 試驗(yàn)臺(tái) 的發(fā)展前景 制系統(tǒng)作為主動(dòng)安全系統(tǒng)，它在汽車制動(dòng)工況和驅(qū)動(dòng)工況下仍然有效，因此汽車制動(dòng)工況，特別是 作時(shí)， 間的協(xié)調(diào)控制；汽車驅(qū)動(dòng)工況下，特別是 作時(shí)， 發(fā)動(dòng)機(jī)力矩協(xié)調(diào)控制將是今后研究的重點(diǎn)。隨著車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，汽車底盤的控制技術(shù)日益向網(wǎng)絡(luò)化和集成化過(guò)渡， 主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向、側(cè)傾穩(wěn)定性控制等汽車的其它控制系統(tǒng)進(jìn)行整合，從而實(shí)現(xiàn)汽車操縱穩(wěn)定性的優(yōu)化，是未來(lái)的發(fā)展方向 6。 此外，由博世公司設(shè)計(jì)開發(fā) 的新版電子穩(wěn)定系統(tǒng) 經(jīng)上市。它不僅功能買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 更強(qiáng)大，控制元件的體積和重量也更小、更輕。 前面所述的功能之外更加強(qiáng)調(diào)安全性，電子預(yù)制動(dòng)功能 (以在快速收油門的同時(shí)，通過(guò)提前制動(dòng)來(lái)縮短制動(dòng)距離；剎車盤擦干功能 (以在駕駛員毫無(wú)察覺(jué)的情況下使剎車片按一定頻率擦拭剎車盤，從而防止剎車盤在雨天形成水膜，保持剎車盤的干燥、高制動(dòng)性能。今后， 功能不 僅局限于實(shí)現(xiàn)制動(dòng)防抱死、驅(qū)動(dòng)防滑和保持車身穩(wěn)定這三項(xiàng)上，而是在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展。例如能使車輛在下坡時(shí)保持一定速度的下坡控制系 統(tǒng) (首次應(yīng)用到豪華 有使車輛在斜坡上可以順利起動(dòng)的坡起輔助系統(tǒng) (此外，“載荷自適應(yīng)控制”可以根據(jù)輕型卡車實(shí)際重量來(lái)控制 響應(yīng)力度 7。 由此 可見(jiàn)， 開發(fā)研究 統(tǒng)十分必要 ，它對(duì)于提高車輛的主動(dòng)安全性、減少事故風(fēng)險(xiǎn)及減輕駕駛員負(fù)擔(dān)具有重要意義。 因此設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)試穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的汽車穩(wěn)定性系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真 試驗(yàn)臺(tái)是以后 對(duì)穩(wěn)定控制系統(tǒng)的發(fā)展有很大的意義。 本文主要介紹汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng) 硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺(tái) 在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況，以及汽車穩(wěn)定性系統(tǒng)的研究意義和目的，以及 工作原理 和理論基礎(chǔ)。還有介紹了在本次設(shè)計(jì)中用到的軟件和需要解決的熱門問(wèn)題。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 第 2 章 試驗(yàn)臺(tái)的 組成 和 原理 及控制策略 車穩(wěn)定性控制硬件在環(huán)仿真 試驗(yàn)臺(tái)的組成 汽車穩(wěn)定性控制硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺(tái)由硬件和軟件部分組成。軟件主要是 司的 件，在本次仿真中使用的是 本 。 虛擬儀器（ 基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其 典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來(lái)越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖反映了常見(jiàn)的虛擬儀器方案。 硬件部分主要是計(jì)算機(jī) 、 各種傳感器 、 和執(zhí)行器組成。普通計(jì)算機(jī)就行，本次設(shè)計(jì)使用的是個(gè)人筆記本電腦。傳感器有 輪速傳感器 ，橫擺角速度傳感器， 轉(zhuǎn)向角傳感器 組成。執(zhí)行器主要是 8 個(gè)電磁閥。 車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)與工作原理 車穩(wěn)定性控制 系統(tǒng)的理論基礎(chǔ) 汽車在路面上行駛，其附著力要受路面條件的影響，當(dāng)附著力達(dá)到附著極限時(shí)，車輛的動(dòng)力學(xué)性能將發(fā)生改變。附著力包括縱向力和側(cè)向力，當(dāng)縱向力達(dá)到附著極限時(shí)，將影響車輛的驅(qū)動(dòng)性能或制動(dòng)性能。同理，當(dāng)側(cè)向力達(dá)到附著極限時(shí)就將影響車輛的側(cè)向穩(wěn)定性能。側(cè)偏力是由于路面的側(cè)向傾斜、側(cè)向風(fēng)或曲線行駛時(shí)的離心力等作用引起的，隨之也產(chǎn)生側(cè)偏角。從輪胎特性 方面來(lái)說(shuō)，隨著側(cè)偏角的增大，其側(cè)偏角與側(cè)偏力的關(guān)系也將發(fā)生變化 ，其中輪胎垂直載荷和輪胎的滑移率相同 。 當(dāng)側(cè)偏角較小時(shí)，側(cè)偏力基本與側(cè)偏角成線性關(guān)系，但當(dāng)側(cè)偏角到達(dá)一定值時(shí)其側(cè)偏力不在隨側(cè)偏角的增加而增加，而是基本保持不變，達(dá)到飽和狀態(tài)，也就是側(cè)偏力達(dá)到附著極限 8。 路面的附著情況不同，汽車達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的側(cè)偏角也不相同，高附著路面輪胎的側(cè)偏力附著極限值要比低附著路面要高。汽車在路面行駛時(shí)常要作曲線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)側(cè)向加速度比較小時(shí)，側(cè)偏角也比較小，與側(cè)偏力基本上成線性關(guān)系。當(dāng)進(jìn)行高速轉(zhuǎn)彎或在滑路上轉(zhuǎn)彎時(shí)，側(cè)向力接近附著極限或達(dá)到飽和狀態(tài)，車輛的轉(zhuǎn)向特性將發(fā)生改變。一方面汽車處于失控狀態(tài)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)向半徑迅速減少或迅速增大的過(guò)多轉(zhuǎn)向或不足買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 轉(zhuǎn)向過(guò)量的危險(xiǎn)局面，從而導(dǎo)致側(cè)滑、激轉(zhuǎn) (轉(zhuǎn)向反應(yīng)遲鈍等喪失穩(wěn)定性和方向性的危險(xiǎn)局面；另一方面使駕駛員不能準(zhǔn)確的操縱而引起事故。一般說(shuō)來(lái)，只有當(dāng)汽車的響應(yīng) (如橫擺角速度等 )與方向盤轉(zhuǎn)角滿足一種線性關(guān)系時(shí)，駕駛員才能正確的操縱汽車，而在極限行駛工況時(shí)，這種關(guān)系已變成一種非線性關(guān)系，駕駛員想適應(yīng)這種關(guān)系是很困難的，因此也就引起事故的發(fā)生。 車穩(wěn)定性控制 系統(tǒng)的工作原理 統(tǒng)包含 抱死剎車系統(tǒng)）及 防側(cè)滑系統(tǒng)），是這兩種系統(tǒng)功能上的延伸。因此， 得上是當(dāng)前汽車防滑裝置的最高級(jí)形式?？刂茊卧ㄟ^(guò)這些傳感器的信號(hào)對(duì)車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，進(jìn)而發(fā)出控制指令。有 只有 汽車，它們之間的差別在于 能被動(dòng)地作出反應(yīng)，而 能夠探測(cè)和分析車況并糾正駕駛的錯(cuò)誤，防患于未然。 過(guò)度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向特別敏感，例如汽車在路滑時(shí)左拐過(guò)度轉(zhuǎn)向（轉(zhuǎn)彎太急）時(shí)會(huì)產(chǎn)生向右側(cè)甩尾，傳感器感覺(jué)到滑動(dòng)就會(huì)迅速制動(dòng)右前輪使其恢復(fù)附著力，產(chǎn)生一種相反的轉(zhuǎn)矩而使汽車保持在原來(lái)的車道上。 統(tǒng) 由傳感器、 執(zhí)行器三大部分組成，在電腦實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車運(yùn)行狀態(tài)的前提下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)和調(diào)控。在汽車行駛過(guò)程中，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器感知駕駛員轉(zhuǎn)彎的方向和角度，輪速傳感器感知車輪的速度，制動(dòng)壓力傳感器感知制動(dòng)裝置的制動(dòng)壓力，而橫擺角速度傳感器則感知汽車?yán)@垂直軸線的運(yùn)動(dòng)，橫向加速度傳感器感知汽車發(fā)生橫向移動(dòng)時(shí)的橫向加速度。 得這些信息之后，通過(guò)計(jì)算來(lái)判斷汽車要正常安全行駛和駕駛者操縱汽車意圖的差距，然后由 出指令，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車輪上的制動(dòng)力，從而修正汽車的過(guò)度轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向不足，以避免汽車打滑、轉(zhuǎn)向過(guò)度、轉(zhuǎn)向不足和抱死，從而保證汽車的行駛安全。 汽車與路面之間力的作用全靠輪胎，輪胎通過(guò)縱向、橫向滑轉(zhuǎn)來(lái)傳遞地面施加給汽車的縱向及側(cè)向力。輪胎力和其他外力決定了汽車的運(yùn)動(dòng)，也由此決定了其穩(wěn)定性。過(guò)對(duì)每個(gè)車輪滑移率的精確控制，使各個(gè)車輪的縱向分力和側(cè)向分力迅速改變，從而在所有工況下均能獲得所期望的操縱穩(wěn)定性 9。 車穩(wěn)定性控制 系統(tǒng)的控制策略 度轉(zhuǎn)向時(shí)的控制措施 當(dāng)汽車一旦出現(xiàn)過(guò)度轉(zhuǎn)向，驅(qū)動(dòng)力分配系統(tǒng)就會(huì)降低驅(qū)動(dòng)力矩，以提高后軸的側(cè)向附著力。地面作用于后軸的側(cè)向力 相應(yīng)地也會(huì)提高，從而產(chǎn)生一個(gè)與過(guò)度轉(zhuǎn)向相反的橫擺力矩。位于彎道外側(cè)的非驅(qū)動(dòng)前輪開始時(shí)幾乎不滑動(dòng)，若僅依靠動(dòng)力分配系統(tǒng)還不能制止開始發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài)，控制系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)該前輪實(shí)施瞬時(shí)制動(dòng)，使它產(chǎn)買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 生較高的滑動(dòng)率，導(dǎo)致該車輪受到的側(cè)向力迅速減小而縱向制動(dòng)力迅速增大，于是也產(chǎn)生一個(gè)與橫擺方向相反的橫擺力矩。由于對(duì)一個(gè)前輪制動(dòng)，車速也會(huì)降低，從而獲得了一個(gè)附帶產(chǎn)生的有利于穩(wěn)定性的因素 10。 足轉(zhuǎn)向時(shí)的控制措施 當(dāng)汽車的 統(tǒng)判定汽車具有較大的不足轉(zhuǎn)向傾向時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)位于彎道內(nèi)側(cè)的后輪實(shí)施瞬時(shí) 制動(dòng)，以產(chǎn)生預(yù)定的滑動(dòng)率，導(dǎo)致該車輪受到的側(cè)向力迅速減小而縱向制動(dòng)力迅速增大，于是產(chǎn)生了一個(gè)與橫擺方向相同的橫擺力矩。此外還獲得了兩個(gè)附帶的減小不足轉(zhuǎn)向傾向的因素。首先，由于制動(dòng)而使車速降低；其次，由于差速器的作用，對(duì)內(nèi)側(cè)后輪制動(dòng)從而導(dǎo)致外側(cè)后輪被加速，即外側(cè)后輪受到的驅(qū)動(dòng)力增加而側(cè)向力減小，于是產(chǎn)生了又一個(gè)所期望的補(bǔ)償橫擺力矩。 在國(guó)外，最早出現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制專用的傳感器很少，車輛的橫擺角速度大多是通過(guò)內(nèi)外車輪的輪速差間接估計(jì)得到的，因此在一些復(fù)雜工況下很難保證車輛的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。 1995 年之后，伴隨 著新一代使用橫擺角速度和側(cè)向加速度傳感器的車輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，車輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制的基本形式得到了確認(rèn)。在這一階段，基于這種組成結(jié)構(gòu)的車輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制算法開始出現(xiàn)。德國(guó)博世公司 控制方法是采用車輛實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)與車輛理想運(yùn)行狀態(tài)的誤差反饋來(lái)決策車輛的橫擺力矩，并通過(guò)差動(dòng)制動(dòng)或?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛橫擺運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)。 日本豐田公司的車輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制策略是使用基于車身側(cè)偏角和車身側(cè)偏角的變化率這對(duì)兒狀態(tài)變量的相平面方法來(lái)分析車輛在緊急轉(zhuǎn)向時(shí)的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性，并主動(dòng)制動(dòng)橫擺力矩控制系統(tǒng)。由于車輛轉(zhuǎn) 向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)中所需要的車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)并不能完全由傳感器直接測(cè)量得到，因此如何通過(guò)測(cè)量的車輛狀態(tài)參數(shù)推測(cè)不易測(cè)量的車輛狀態(tài)參數(shù)或路面的狀態(tài)是近幾年車輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性控制的研究熱點(diǎn)，己經(jīng)有大量的狀態(tài)估計(jì)方法出現(xiàn)，極大地改善了控制系統(tǒng)的可靠性。結(jié)合車輛模型觀測(cè)器和偽積分建立了車身側(cè)偏角的估計(jì)方法。結(jié)合車輛橫擺角速度和車身側(cè)偏角單純的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系及車輛在橫擺平面內(nèi)的動(dòng)力學(xué)模型建立了車輛橫擺角速度和車身側(cè)偏角的估計(jì)方法。使用分層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立了車身側(cè)偏角估計(jì)的新方法。實(shí)時(shí)準(zhǔn)確估計(jì)了車輛的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如 :車身及輪胎 側(cè)偏角，道路附著系數(shù)和輪胎側(cè)向力。利用最優(yōu)四輪滑移率控制方法提高了車輛的穩(wěn)定性和易操作性 11。 章小結(jié) 本文主要介紹汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng) 硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺(tái)的組成和 工作原理以及工作的理論基礎(chǔ)。還介紹了汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng) 控制策略。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 第 3 章 汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的控制算法 建立控制對(duì)象的模型是研究控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本章主要內(nèi)容是建立一簡(jiǎn)化為線性二自由度汽車模型及對(duì)其進(jìn)行研究。 本文在建立汽車整車動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)模型及應(yīng)用該模型建立運(yùn)動(dòng)微分方程并推導(dǎo)穩(wěn)態(tài)橫擺角速度公式時(shí)，為了研究問(wèn)題的方便，作了許多假定、忽略 或簡(jiǎn)化，主要有 8： (1)忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入； (2)忽略懸架的作用，認(rèn)為車輛車廂只作平行于地面的平面運(yùn)動(dòng)； (3)驅(qū)動(dòng)力不大，不考慮地面切向力對(duì)輪胎側(cè)偏特性的影響； (4)沒(méi)有空氣動(dòng)力的作用，車輛沿 x 軸的前進(jìn)速度 u 視為不變； 車失穩(wěn)的原因 汽車為什么會(huì)失去穩(wěn)定，這是進(jìn)行汽車穩(wěn)定性分析和控制時(shí)首先要解決的問(wèn)題。由于汽車運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的改變從根本上說(shuō)是通過(guò)改變輪胎力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，輪胎的力學(xué)特性對(duì)汽車的穩(wěn)定性至關(guān)重要，本節(jié)分析汽車失穩(wěn)的原因。 汽車的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)是由于駕駛員在方向盤上 施加轉(zhuǎn)角以后使前輪產(chǎn)生側(cè)偏角，進(jìn)而產(chǎn)生側(cè)向力，再進(jìn)一 步引起汽車產(chǎn)生橫擺運(yùn)動(dòng)。汽車的橫擺運(yùn)動(dòng)又導(dǎo)致后輪也產(chǎn)生側(cè)偏角，進(jìn)而產(chǎn)生側(cè)向力。正是由于前、后輪側(cè)偏角產(chǎn)生的側(cè)向力提供了汽車轉(zhuǎn)向的向心力。汽車在小曲率路徑下以較低車速行駛時(shí)，輪胎產(chǎn)生的側(cè)向力與側(cè)偏角之間近似是線性關(guān)系。在這種情況下汽車的質(zhì)心側(cè)偏角是很小的，接近于零，轉(zhuǎn)向特性是由前、后軸產(chǎn)生的等效側(cè)偏角決定的，對(duì)于一般的車輛前軸產(chǎn)生的側(cè)偏角略大于后軸，即車輛具有適當(dāng)?shù)牟蛔戕D(zhuǎn)向特性。具有不足轉(zhuǎn)向的車輛具有較好的高速穩(wěn)定性，在轉(zhuǎn)向的線性區(qū)比較容易操控，而具有過(guò)度轉(zhuǎn)向的車輛即使在線性區(qū)內(nèi)在超過(guò)某個(gè)車速時(shí)也會(huì)發(fā)生穩(wěn)定性 問(wèn)題。 汽車的失穩(wěn)大多是發(fā)生在輪胎的非線性區(qū)，即隨著側(cè)偏角的增加輪胎產(chǎn)生的側(cè)向力逐漸飽和。當(dāng)前軸發(fā)生飽和時(shí)前軸就容易發(fā)生側(cè)滑，使車輛偏離駕駛員的預(yù)期軌跡；當(dāng)后軸發(fā)生飽和而側(cè)滑時(shí)容易產(chǎn)生甩尾等更加危險(xiǎn)工況。由于汽車行駛的工況十分復(fù)雜，如路面摩擦系數(shù)的變化，汽車的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)，汽車受到側(cè)向風(fēng)干擾等均會(huì)導(dǎo)致輪胎產(chǎn)生的側(cè)向力逐漸飽和而引起汽車失穩(wěn) 12。 擺角速度對(duì)汽車穩(wěn)定性的影響 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 當(dāng)汽車的質(zhì)心側(cè)偏角接近于零時(shí)，汽車的橫擺角速度體現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)彎能力，汽車的橫擺角速度越大轉(zhuǎn)彎越劇烈，轉(zhuǎn)彎半徑越小，反之亦然?？梢?jiàn) ，在汽車的質(zhì)心側(cè)偏角比較小的情況下橫擺角速度表征汽車的運(yùn)行軌跡 13。 駕駛員通常所期望的理想的汽車橫擺角速度在某一車速下應(yīng)該與方向盤轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系，且隨著汽車車速的增加，橫擺角速度對(duì)方向盤轉(zhuǎn)角的增益應(yīng)適當(dāng)減小，以免在高速時(shí)方向盤過(guò)于靈敏。研究發(fā)現(xiàn)，在輪胎的線性區(qū)內(nèi)又具有適當(dāng)不足轉(zhuǎn)向特性的車輛是駕駛員比較容易掌握的轉(zhuǎn)向特性，具有很好的操縱穩(wěn)定性能。因此，很多文獻(xiàn)把線性二自由度車輛模型的轉(zhuǎn)向特性作為汽車?yán)硐氲霓D(zhuǎn)向特性。也就是說(shuō)，在汽車的質(zhì)心側(cè)偏角很小的情況下，由線性二自由度車輛模型決定的汽車橫擺角速度對(duì)車輛 來(lái)說(shuō)是最穩(wěn)定的，過(guò)大或過(guò)小都不好。 上述分析是在假設(shè)汽車的質(zhì)心側(cè)偏角很小的情況下得出的，可見(jiàn)在汽車的質(zhì)心側(cè)偏角很小的情況下汽車的橫擺角速度與方向盤轉(zhuǎn)角的增益可以表征汽車的穩(wěn)定性。 導(dǎo)理想二自由度的汽車模型 在地面慣性參考基 G 中運(yùn)動(dòng)著