基于纵向力调节的汽车弯道动力学控制研究

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国际上关于车辆稳定性控制的研究已经有很长时间的历史,从上世纪80年代的制动防抱死系统(ABS)到现在已经普遍应用的电子稳定控制系统(ESP),车辆稳定性控制技术已经成熟地应用于量产汽车,然而国内关于提高车辆过弯能力的弯道辅助技术以及针对低附路面的弯道极限工况稳定性控制方面的研究相对较少。本文提出一种能够自动识别入弯出弯工况并进行纵向力调节的弯道辅助控制策略以改善车辆过弯时的转向特性,并且综合考虑车轮滑移率和横摆稳定性针对低附着路面弯道极限工况下的车辆稳定性控制进行研究。针对本文提出的控制策略分别进行了多种工况下的仿真研究和相关的实车试验,仿真和试验结果验证了控制算法的有效性。本文主要进行了以下几方面的研究工作。第一,简要介绍了车辆稳定性控制的研究背景及意义以及国内外研究现状。接下来依据企业提供的实车参数利用Carsim软件搭建整车动力学仿真模型,主要包括体现车辆结构尺寸的车体模型、包含转矩转速和油门踏板开度关系的发动机模型、包含各档位传动比以及档位间换挡策略的变速器模型等,同时在Carsim中设置路面信息以及驾驶员操纵模型。为了解决车辆动力学模型与实车制动系统接口不匹配的问题,本文特意搭建了制动系统减速度跟随模型以实现从减速度指令到液压指令的转换。仿真平台搭建完成后设置与实车试验相同的仿真环境,车辆动力学模型与实车的动力学表现相符,满足后续控制策略仿真的精度要求。第二,设计了弯道辅助控制策略。首先分析了弯道运动特点,总结了弯道运动动力学规律。然后根据车载传感器采集的侧向加速度信息初步判断车辆处于入弯或者出弯状态,初步辨识结果还需要通过方向盘转角信息进行修正。判断出入弯或出弯后通过发动机或制动系统调节车辆驱动力或制动力以实现载荷在前后轴之间转移,相应地改变前后轴侧偏刚度以改变车辆转向特性。设置蛇形工况和双移线工况进行仿真分析,并通过U形弯工况和蛇形工况进行实车验证,验证了控制策略能够有效辨识出入弯或出弯工况并通过调整纵向力提高过弯时的响应能力,提高过弯平顺性。第三,针对低附着路面弯道极限工况提出考虑滑移率的横摆稳定性控制算法。首先研究直接横摆力矩控制(DYC)。以二自由度车辆模型为基础计算得到理想横摆角速度,与实际横摆角速度做差得到横摆角速度误差,以此误差作为输入通过PI控制得到附加横摆力矩并通过对单侧车轮差动制动实现直接横摆力矩控制。然后介绍了模糊控制逻辑,结合传统的PID控制器设计参数自整定模糊PI控制器,其以车轮滑移率和横摆角速度误差作为输入以附加横摆力矩作为输出。这种控制器的优点在于可以综合考虑滑移率和横摆稳定性,保证在低附着路面车辆过弯时的稳定性和安全性。
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