基于模型预测的车辆底盘包络控制研究

《基于模型预测的车辆底盘包络控制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、ＳＨＡＮＧＨＡＩＪＩＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＴＹＩ博±学位论文ＤＯＣＴＯＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ备？？遽＃论文题目基于模型预测的车辆底盘包络控制研究学科专业车辆工程作者姓李克【戸名喻凡教Ｓ指导教师Ｗ１５年Ｈ月答辩日期申请上海交通大学博±学位论文基于模型预测的车辆底盘包络控制研究博±生：李克宁专业：车辆工程导师：喻凡（教授）上海交通大学机械与动力工程学院２０１５年１１月ｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇ

2、ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆｏｒｓｅｒｔａｔＡｉｓＤＤ巧ｒｅｅｏｆＤｏｃ化ｒＰｈｉｌｏｓｏｐｈｙＵＤＹＣＨＡＳＳＩＳＥＮＶＥＬＯＰＥＣＯＮＴＲＯＬＳＹＳＴＥＭＳＴＯＮＢＡＳＥＤＯＮＭＯＤＥＬＰＲＥＤＩＣＴＩＶＥＣＯＮＴＲＯＬＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＬｉＫｅｎｉｎｇＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＦａｎＹｕｐＭａｊｏｒ：ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒ

3、ｓｉｔｙＮｏｖｅｍｂｅｒ２０１５上海交通大学学位论文原创性声明进本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文研不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名日期：如；年／／月＞日上海交通大学博士学位论文摘要基于模型预测的车辆底盘包络控制研究摘要为了提高车辆在复杂工况下的主动安全性与舒适性，车辆上

4、安装有不同类型的主动安全控制系统（例如EBS/ABS、4WS、ESC等）。通常情况下，这些控制系统由不同的供应商开发和供应，单独工作时可以在不同程度提高车辆的主动安全性和舒适性。但是，当这些主动安全系统在同一车辆上一起工作时，由于系统之间的耦合作用，往往会引发一些系统性的冲突。因此，自20世纪80年代起，车辆的集成系统动力学与控制逐渐成为车辆主动安全领域关注的重点，并逐渐发展成为现在研究的热点之一。本文的研究工作是结合两项国家自然基金项目研究内容“基于轮胎力最优分配的车辆底盘集成控制系统研究（项目号：50875163）”和“基于人-

5、车交互作用的车辆运动包络控制研究（项目号：51375299）”以及上汽基金项目“基于人-车-路闭环系统的操稳评价体系研究与开发的研究内容基础上（项目号：SAIC:1007）”进行的。针对车辆集成控制中如何有效地避免子系统之间的冲突、如何有效地减少或避免由驾驶员误操作或路况的突然变化导致的车辆失控所造成人员伤亡等问题，本文进行了综合分析，提出了一种基于模型预测控制方法的车辆底盘包络集成控制策略。首先，建立车辆数学模型，对车辆信息进行分析处理。例如，估计得到车辆轮胎地面纵向和侧向作用力大小及其极限值等，为包络集成控制系统的模型预测算法提

6、供优化方程的边界极限值，为执行机构提供必要的控制信息，提高其跟踪执行目标值的能力。其次，基于模型预测控制方法，设计了具有主环/伺服环结构的分层式车辆底盘包络控制系统。其中，主环控制层是基于包络集成控制策略的整车协调控制核心，其主要功能是将车辆的横摆角速度和侧偏角有效的控制在安全极限范围内，为伺服环系统（EBS、ESC、AFS）提供目标控制量。具体而言，采用基于模型的分析方法，从整车系统角度得到其包络特性，尤其是不同工况下驾驶员输入的最大转向角输入极限特性。然后，基于模型预测控制方法得到最优控制力/力矩计算及分配策略，以实现对整车进行

7、有效控制。伺服环控制层主要包括以下两方面内容：一方面是伺服环控制系统设计，纵向力控制系统是在现有电子制动系统（ElectronicBrakingSystem，EBS）/电子稳定控制系统（ElectronicStabilityControl，ESC）、主动前轮转向系统（ActiveFrontSteeringSystem，AFS）系统的基础上，建立了基于非奇异快速终端滑模控第I页上海交通大学博士学位论文摘要制的EBS/ESC系统，以实现对车辆纵向力目标变量进行跟踪控制；侧向力控制系统，建立了AFS控制系统以执行对目标转向角的跟踪和控制。

8、另一方面是关键控制变量状态估计，通过对伺服环子控制系统的信息进行分析、融合，将有效的车辆信息反馈给上层集成控制系统。同样，采用EBS系统的有效信息实现对车辆轮胎地面纵向作用力/力矩进行估计；利用AFS系统感知得到的转向轮自回正力矩，对