基于預(yù)測控制理論的車輛魯棒穩(wěn)定性控制器設(shè)計(jì).pdf

1、本文設(shè)計(jì)和驗(yàn)證了一種基于輪胎力最優(yōu)分配和前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)相結(jié)合的底盤集成控制系統(tǒng)，即通過控制和分配四個(gè)車輪的滑移率以及前輪附加轉(zhuǎn)角來影響控制器施加在車輛上的附加橫擺力矩和側(cè)向力，以保持車輛的穩(wěn)定性和軌跡跟蹤性能。在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，使用模型預(yù)測控制理論、魯棒最優(yōu)分配方法以及滑模控制方法解決了控制器車輛模型中存在的參數(shù)不確定以及輪胎模型的非線性問題。
　　本文所提出的控制器包含三層控制邏輯：
　　1）頂層控制器為基于線性時(shí)變模型

2、的預(yù)測控制邏輯（LTV-MPC:Linear Time-Varying Model Predictive Control），其使用的模型包括恒定輪胎側(cè)偏剛度的單軌模型和線性化的時(shí)變單軌模型，前者用于計(jì)算理想的車輛橫擺角速度和車輛質(zhì)心側(cè)偏角；后者在模型預(yù)測控制方法中使用：通過調(diào)節(jié)合適的預(yù)測控制器參數(shù)，并根據(jù)理想橫擺角速度及車輛質(zhì)心側(cè)偏角，計(jì)算出所需的附加橫擺力矩和前輪附加轉(zhuǎn)角。
　　2）中間層控制算法通過魯棒最優(yōu)分配方法將LTV-M

3、PC控制器計(jì)算所得的附加橫擺力矩分配到四個(gè)車輪，并計(jì)算出相應(yīng)的滑移率。在這個(gè)過程中，因?yàn)槌浞挚紤]了由于車輛參數(shù)的不確定以及輪胎非線性模型的線性化所帶來的效率矩陣不準(zhǔn)確的問題，所設(shè)計(jì)的分配算法具有一定的魯棒性。
　　3）考慮到車輛垂向力、路面附著系數(shù)等的估算精度問題，底層控制器使用了具有一定魯棒性能的滑模控制器（SMC:Sliding-Mode Control）以實(shí)現(xiàn)對(duì)車路目標(biāo)滑移率的跟蹤和保持。
　　本文所設(shè)計(jì)的車輛穩(wěn)定性控

4、制器，可以實(shí)現(xiàn)車輛在高速行駛時(shí)對(duì)駕駛員轉(zhuǎn)向意圖和軌跡的精確跟蹤，從而提高車輛的高速行駛穩(wěn)定性。同時(shí)，使用制動(dòng)力魯棒最優(yōu)分配方法，將非線性系統(tǒng)線性化，并在這個(gè)過程中充分考慮了車輛參數(shù)的不確定性；最后，底層使用滑?？刂破?，也具有較好的魯棒性，因而保證了控制器在車輛參數(shù)不確定、模型精度有限的情況下依然具有滿意的控制效果。
　　為了驗(yàn)證控制器的控制效果，本文在MATLAB/Simulink-CarSim聯(lián)合仿真環(huán)境下對(duì)所設(shè)計(jì)控制器進(jìn)行了各