论文部分内容阅读
汽车在转向行驶的过程中，稳定性控制系统对汽车的安全性有着非常重要的作用。汽车的质心侧偏角和横摆角速度是表征汽车稳定性的重要参数变量，汽车是否能够稳定行驶，表现在质心侧偏角和横摆角速度值能否趋近稳态的期望值，以及汽车能否按照预定的转向路线行驶。本文通过研究汽车质心侧偏角和横摆角速度的估计方法以及汽车的稳定性控制算法，实现了汽车的稳定性控制。本文主要研究内容如下： 1)基于汽车动力学软件CarSim搭建了用于汽车稳定性控制系统仿真研究的汽车模型。 2)完成用于汽车质心侧偏角和横摆角速度估计的七自由度汽车模型的搭建，并通过对线性二自由度理想汽车模型的分析，得到了保证汽车稳定行驶的质心侧偏角和横摆角速度的表达式。 3)由于汽车转向行驶过程的非线性，选定适用于非线性系统的状态估计方法无迹卡尔曼滤波(UKF)对汽车的质心侧偏角和横摆角速度进行估算，并设计完成主要估算流程。 4)设计了汽车转向过程稳定性控制系统，完成了基于滑模变结构控制算法的汽车稳定性控制器和目标横摆力矩的分配策略，并以此为基础搭建了验证算法所需的Simulink数学仿真模型。 5)在CarSim中设计不同的汽车转向特性，通过不同路面、不同车速的仿真实验，验证了所设计状态估计算法和稳定性控制系统的有效性，提高了汽车转向行驶过程的稳定性和轨迹跟随性。 论文创新之处： 1)由于汽车的质心侧偏角在工程实践中直接获得成本较高不易实现，而汽车的横摆角速度和质心侧偏角与汽车的横向稳定性息息相关，设计了一种基于无迹卡尔曼滤波的状态观测器对其进行估算，为汽车的稳定性控制提供了条件。 2)汽车在需要进行稳定性控制的时候，受到外界的扰动较大，考虑到稳定性控制系统的抗干扰性，设计了一种基于滑模变结构控制的稳定性控制器，得到汽车稳定行驶所需横摆力矩后，经过合理的分配策略作用到汽车四个车轮上，有效提高了汽车在转向过程中的稳定性。