人―车―路闭环汽车稳定性控制模拟仿真试验探究

《人―车―路闭环汽车稳定性控制模拟仿真试验探究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、人一车一路闭环汽车稳定性控制模拟仿真试验探究摘要：操纵稳定性控制是提高汽车安全性的重要措施。通过对理想二自由度模型的改进，建立了以横摆角速度和质心侧偏角为控制变量，离散PID控制的稳定性控制方法,并制定了轮胎制动力分配策略。基于CarSim和LabVIEW搭建了人在环路的仿真试验系统，进行紧急双移线试验、蛇行试验等“人-车-路”仿真试验，验证了稳定性控制策略的有效性。所搭建的仿真系统可扩展性强，有助于快速开发车辆稳定性控制系统。关键词：人-车-路闭环系统；稳定性控制；CarSim；LabVIEW中图分类号：U461.6文献标文献标识码：A文

2、献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.03.04随着我国汽车产销量的不断增加，交通事故造成的人员伤亡和经济财产损失也呈逐年上升的趋势，汽车行驶安全性成为社会广泛关注的问题［1］。汽车稳定性控制系统按驾驶员的操纵意图及车况、路况的变化情况及时调整车辆运行状态，防止车辆失稳。这不仅提高了汽车的操纵稳定性，减少了交通事故，还促使以汽车制动防抱死系统(Anti-lockedBrakingSystem,ABS)、驱动防滑系统(AccelerationSlipRegulation,ASR)、电子稳定系统(Electro

3、nicStab订ityProgram,ESP)等为代表的汽车稳定性控制系统快速发展，市场普及率稳步提高［2-3］oABS和ASR通过纵向滑移率的控制间接保证汽车制动和驱动的稳定性，一些复杂工况下引起的失稳纠正作用并不明显，直到20世纪90年代初稳定性控制理论的深入，以对汽车横摆运动直接控制的方法保障汽车的侧向稳定性，显著提高了车身稳定控制的效果，特别是汽车处于附着极限时的稳定性［4］。Bosch公司的ESP是典型的直接实现汽车侧向稳定性控制的系统，这样的系统还有日产的汽车动态控制系统(VehicleDynamicControl,VDC),丰

4、田的车身稳定性控制系统(VehicleStabilityControl,VSC),宝马的动态稳定性控制系统(DynamicStabilityControl,DSC)等。国内还没有自主的稳定性控制产品，主要集中于理论研究分析阶段，一般认为横摆角速度和质心侧偏角是表征汽车稳定性的重要参数。王德平利用逻辑门限控制算法设计了基于质心侧偏角的控制准则并进行了仿真试验研究［5］；张晨晨仿真分析了质心侧偏角对车辆稳定性的影响［6］；刘彩志采用直接横摆力矩的控制方法提高了车辆在高侧向加速度时的稳定性［7］。正如文献［8］所分析的，单一使用横摆力矩控制或质心

5、侧偏角控制不能满足车辆在众多工况状态下的稳定性控制要求，充分发挥二者的控制特性，实现联合控制是近几年的发展趋势［8］。本文从实用性角度出发，考虑复杂工况下的非线性因素，通过对理想二自由度模型的改进，制定了PID横摆侧偏联合控制策略，基于CarSim和LabVIEW联合仿真，让驾驶员直接参与稳定性控制的仿真试验，提髙试验的真实性，所搭建的仿真试验系统实现了离线和人在环路的试验验证，对快速开发汽车稳定性控制系统有重要意义。1汽车稳定性控制方法采用图1的同心圆方法将汽车电子控制系统的工作区域按工作方位划分为侧向和纵向［9］。4WS工作在侧向力和纵

6、向力都较小的轮胎特性区域，拐弯时除了前轮能提供转向力和转向角以外，后轮也能产生一定程度的转向角度的控制。当汽车驱动力过大或路面附着系数过小时，ASR防止轮胎滑转。ABS在制动力过大、车轮抱死时控制制动压力使其不抱死。ESP在汽车弯道行驶时对产生的侧向滑动进行控制。主要的稳定性控制方法有主动转向控制、前后轴侧倾刚度分配控制和差动制动控制［10］。主动转向控制由于转向工作区域的局限性一般只作为一种辅助控制方式；而前后轴侧倾刚度分配与车身结构，车辆纵向、侧向加速度有很大影响,现实中很少采用。差动制动属于主动控制方式，可操作性强,控制效果好，即使在

7、复杂工况下也可以实现，得到了广泛的应用。横摆角速度和汽车的质心侧偏角是描述汽车运动状态的两个关键参数，它们在多方面表征了汽车的稳定性，因此汽车稳定性控制也分为两类：一种是由汽车的质心侧偏角来描述的轨迹保持控制；另一类是由汽车的横摆角速度来描述的稳定性控制。Bosch公司的ESP是以横摆角速度作为主要控制目标，而丰田公司的VSC则以质心侧偏角为主要控制目标，近几年的稳定性研究开始围绕横摆角速度和质心侧偏角的联合控制展开［11］。本文的稳定性控制系统采用联合控制的差动制动控制方式。2稳定性控制算法研究2.1二自由度模型的优化方程开始是假设汽车的

8、纵向车速和轮胎的侧偏刚度不变。在实际的汽车工况中，这些参数都是不断变化的。在此,我们引入变化的汽车纵向速度和变化的轮胎侧偏刚度，对理想二自由度模型进行改进，得到更准确的汽车参考模