汽车ABS／ASR／ESP集成控制策略研究

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1、2014年2月机械设计与制造工程Feb．2014第43卷第2期MachineDesignandManufacturingEn~neeringVo1．43No．2DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．02．008汽车ABS／ASR／ESP集成控制策略研究付燕荣，王国业，关志伟(1．天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津300222)(2．中国农业大学工学院车辆与交通工程系，北京100083)摘要：在对整车及轮胎受力分析的基础上，基于某轿车建立了9自由度整车动力学模型、发动

2、机模型、车轮模型、传动系模型等，根据仿真模型和车辆系统动力学知识对汽车ABS／ASR／ESP集成控制系统中各子系统的触发条件进行了研究，并对ABS／ASR／ESP集成控制策略进行了探讨，确定了集成控制系统在制动工况和驱动工况下统一的控制策略。在MATLAB／Simulink环境下实现车辆ABS／ASR／ESP的集成控制，并通过各个工况的仿真验证了集成控制策略的有效性和集成控制的优势。关键词：动力学模型；ABS／ASR／ESP；集成控制；仿真中图分类号：U461．6文献标识码：A文章编号：2095—50

3、9X(2014)02—0035—06随着汽车的行驶稳定性和安全性越来越被人型，如图1所示。们所重视，汽车ABS得到了广泛的应用，ESP(E—lectronicStabilityProgram)技术经过研究与实践，也被证明是当前有效解决汽车操作稳定性的主动安全技术之一。目前，国内外学者对汽车ABS、ASR及ESP进行了广泛的研究，但将三者结合起来，对汽车ABS／ASR／ESP的集成控制研究还比较少。随着汽车底盘动力学控制的不断发展，集成控制是今后的发展方向。作为第一步，把汽车主动安全控制装置ABS、AS

4、R和ESP在结构和功能上集成在图1车辆动力学模型一起，形成汽车ABS／ASR／ESP集成控制系统，较易实现，且能为汽车其他控制系统的综合集成打下车辆整车受力情况如图2所示，由图2可得整基础。车动力学方程-3]为：∑F=lcos81一Fy1sin81+F~2cos82一1动力学模型Fyzsin82+Fn+F诅1．1整车动力学模型∑=Fx1sin6l+1cos8l+F~2sin62+根据汽车运动性能分析和控制问题研究的需Fy2cos82+F+F要，建立车辆系统整车动力学模型。车辆底盘沿纵向轴的运动速度为；

5、沿横向轴的运动速度为；整∑M=(1sin61+Fy1cos81+2sin62+(1)车(包括车身和非簧载质量)绕坐标轴的转动角Fy2cos82)·a一(F帕+F似)·b一速度为∞；车身绕纵向轴相对底盘坐标系的侧倾(Flcos81一Fy1sin61一Fcos82+角为，绕横向轴Y相对底盘坐标系的前俯角为0；1Fy2sin62)·÷B2一1一4个车轮绕各自转动轴的旋转角速度为∞(=1，2，3，4)。这是一个9自由度的4轮车辆动力学模M一M8一Md收稿日期：2013—12—26基金项目：天津职业技术师范大学

6、科研发展基金资助项目(KI10—15)作者简介：付燕荣(1985一)，女，内蒙古临河人，天津职业技术师范大学讲师，硕士，主要研究方向为汽车动力学、车辆机电控制。·35·2014年第43卷机械设计与制造工程式中：F(i=1，2，3，4)为车轮法向载荷，N；h为汽车质心高，m；L为轴距，m；B为前后轮距的均值，m；m为整车质量，kg；其他参数同式(1)。轮胎受力与侧偏角有关，根据车辆运动分析各轮侧偏角表示为：r竺±、图2整车受力示意图161一arctanlB1l一丁／式中：∑Fx，∑分别为车辆质心处沿车辆

7、纵向r，±、62协n和侧向的合力，N；∑为质心处绕轴的转矩和，u+竽jN·m；FF(i=1，2，3，4)分别为4个车轮各自r二、I所受的纵向力、侧向力，N；，分别为两前轮的3=一arctanlB2l转角，rad；a，b分别为质心至前、后轴的距离，m；一丁，J曰。=，B：分=别为前=、后轮=轮距，m；(=1，2，3，4)f，二、为回正力矩，N·m。一陀协nl+J1．一2车轮一模型++1．3发动机模型轮胎受力情况分析如图3所示。一+一+在汽车行驶过程中，由于负载不稳定，发动机转速、节气门开度等参数发生变化

8、，发动机大部分西时间处于非稳态工况下工作。直接建立发动机动态特性模型有一定困难，为兼顾模型仿真的实时陛与发动机模型的准确性，将发动机的动态特性简化为具有一阶惯性滞后环节。(4)图3前、后轮胎受力分析式中：为发动机动态输出转矩，N·m；为发假设轮胎为一刚体，则车轮的运动转矩平衡方动机稳态输出转矩，N·m；7I为滞后时间，S；t。为程式可记为：时间常数，8；S为Laplace算子。f。∞=Tq—F·R—T(2)1．4传动系模型式中：L为车轮转动惯量，kg·m