研究模糊控制下车辆的侧倾稳定性仿真分析

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1、研究模糊控制下车辆的侧倾稳定性仿真分析　　摘要：近年来，国内的技术得到飞速发展，越来越多的人使用车辆，车辆运行的稳定性与安全性受到社会各界的高度关注。一般来说，高速行驶或者在低附着系数道路上行驶的汽车，会受驾驶员的转向作用或外界因素影响，导致侧向附着力不断上升，影响到车辆的侧倾稳定性，引起交通事故。因此，采取科学、有效的措施，增强车辆运行的侧倾稳定性是确保车辆行驶安全的关键。本文在ADAMS/Car模块下构建整车系统动力学模型，通过MATLAB构建出现模糊控器模型，并将控制器和整车模型进行了有效的结合，对车辆的横摆角速度与质心侧偏角进行了控制仿真分析。　　关键

2、词：模糊控制;车辆;侧倾稳定性;动力学模型;仿真　　【中图分类号】G【文献标识码】B【文章编号】1008-1216（2016）11C-0070-026　　随着各类车辆的速度提升与驾驶员非职业化现象的普遍，人们对于车辆的稳定性与安全性也有了更高的要求。车辆的转弯制动是一种常见但是十分复杂的程序，车辆的转弯制动过程中，车辆的动载荷会出现转移或者大侧向滑动的现象，对车辆运行的安全性造成影响。当前，国内外大部分企业对车辆的防抱死系统进行了研究，主要针对的是车辆直线行驶时的控制计算设计，少部分学者则对车辆转弯制动过程中防抱死系统的控制进行了一系列仿真分析与研究，但基本都

3、是针对车辆制动性能的仿真研究，却忽略了在加强车辆制动性能的基础上，对不同行驶速度中只有ABS控制情况下对车辆侧倾稳定性进行仿真研究。　　一、车辆系统的动力学模型　　（一）整车模型的构建　　现以某越野车为试验对象，该车属于后置、后驱动式，前悬架选用螺旋弹簧的非独立悬架，后悬架选用纵置类钢板弹簧非独立式架构，（整车模型如图所示）。该模型的组成主要包括以下几个方面：（1）前悬架：由上、下横臂、转向横拉杆、主销轴、减震器以及螺旋弹簧构成。（2）后悬架：组成部分包括：纵置性单片钢板弹簧、整体桥以及减震器。（3）车辆的转向系统：采用拉杆式转向器。（4）车辆的横向稳定杆：采

4、用2根直轴断开，中间使用转动相连接，并在转动的铰链上，加入适当的扭转力，将建模简化。（5）车辆轮胎：所有轮胎采用Fiala模型轮胎，把轮辋转化成刚性圆板，胎体由圆板上的弹簧呈现，胎冠以圆环梁表示，支承功能由弹簧承担。（6）总成动力：发动机使用后置型，将发动机、变速器及离合器结合为一体，采用函数模拟法达到各构功能。　　整车模型　　（二）模型验证　　试验共分为双移线和蛇形试验两种，两次试验必须在专业的试验场内进行，具体的试验方法如下：（1）蛇形试验须严格依据国家颁布的《汽车操纵稳定性试验方法蛇形试验》中的相关标准进行，车辆运行的初始速度为50km/h，共设置10个

5、桩，L=30m。（2）双移线试验时，车辆行驶的初始速度设备为606km/h，由相关的工作人员，将试验过程中的各类数据与试验仿真数据进行详细的记录。通过测试和相应的条件后比较仿真实验的结果表明，车辆轧辊稳定偏航角速度的两个变量，横向加速度测试结果和仿真值的一致性很高，它验证了整车虚拟模型的正确性。　　二、模糊控制器的设计　　（一）控制器的设计以车辆横摆角的速度作为控制变量　　横摆角的速度控制，使二维模糊控制器，输入变量是实际车辆的横摆角速度r和理想的横摆角速度rd两者的偏差e（r）以及偏差改变的速度ec（r），输出的变量表示横摆力矩MZ（R）。变量误差以e（r）

6、表示、误差变化速度以ec（r）表示，控制量以u表示，模糊集如下：　　e（r）模糊集为：{NB，NM，NS，PO，PS，PM，PB}　　式中：NB代表负大、NM代表负中、NS代表负小、PO代表正0、PS代表正小、PM代表正中、PB则代表正大。　　控制力矩的选取原理为：变化量误差较大时，控制力矩作用为误差消除，在误差较小的情况，控制力矩的功能是防止超调，两者的出发点都是整个系统的稳定性，控制变量在控制器中的输入、输出关系则由横摆角的速度进行控制。　　（二）控制器的设计以质心侧偏角为控制变量　　对质心侧偏角进行控制时，还是采用基于二维模糊控制器，输入的变量是实际质心

7、侧的偏角β与目标横摆角的速度βb两者的偏差ec（β）及偏差改变的速度ec（β），输出的变量u为横摆力矩MZ（β），几个数值的定义范围与横摆角速度控制方式大致相同，差别在于模糊控制的规则设置。　　（三）控制器的设计以横摆角的速度与质心侧偏角作为控制变量6　　对横摆角速度与质心侧偏角同时控制时，输入的变量是横摆角运行的速度误差e（r）和质心侧偏角的误差e（β），输出的变量是横摆力矩MZ，两组数值联合之后反馈控制的输出变量，需再通过加权后，得出总横摆力矩，计算公式如下：　　MZ=WYMZ（r）+WβMZ（β）　　在该公式中，控制器的总输出量横摆力矩以Mz，横摆角速度

8、控制器的输出与加权因子分别以MZ（r）