基于EPS-ESP的汽車橫向運(yùn)動穩(wěn)定性及其混沌控制研究.pdf

1、近年來隨著我國汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車已經(jīng)逐漸走入了人們的日常生活之中。由于駕駛?cè)藛T的不當(dāng)操作等原因，導(dǎo)致了汽車在行駛過程中因橫向失穩(wěn)而造成的交通事故增多，給人身財產(chǎn)安全帶來了巨大的損失。對保持汽車在急速轉(zhuǎn)向或高速避障等極限行駛工況中的橫向穩(wěn)定性的主動安全技術(shù)的研究成為了熱點(diǎn)。本文主要從對電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric power steering，EPS)、汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(Electronic stability progra

2、m，ESP)以及橫向運(yùn)動中的混沌等方面進(jìn)行了相關(guān)研究，來改善汽車橫向穩(wěn)定性。
　　論文首先回顧了汽車穩(wěn)定性研究的發(fā)展歷程，介紹了EPS與ESP系統(tǒng)的工作原理以及它們在改善汽車穩(wěn)定性方面的研究，再討論了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與ESP系統(tǒng)集成控制方面的研究，最后介紹了在汽車領(lǐng)域內(nèi)對混沌的研究。總結(jié)了目前在汽車穩(wěn)定性方面的研究現(xiàn)狀。
　　針對目前EPS控制器多是建立在確定數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上的這一不足，建立了考慮轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向柱剛度、助力電機(jī)電感以及

3、助力電機(jī)傳動機(jī)構(gòu)減速比三個參數(shù)變化的EPS系統(tǒng)線性變參數(shù)(Linear parameter varying，LPV)模型，設(shè)計了H∞魯棒控制器，并進(jìn)行了仿真與硬件在環(huán)試驗，結(jié)果均表明本文提出的該魯棒控制器的控制作用比傳統(tǒng)的EPS系統(tǒng)魯棒控制具有更好的效果，使EPS系統(tǒng)的助力性能、路感以及汽車的操縱性能都得了改善。
　　由于目前在ESP系統(tǒng)研究中，參考模型中的參數(shù)都是不變的，但是汽車在實(shí)際行駛中質(zhì)心位置會因為加減速發(fā)生變化。針對這一

4、不足，論文中建立了描述汽車橫擺、側(cè)向、縱向、垂向、側(cè)傾以及包括四個車輪運(yùn)動的汽車模型，利用卡爾曼濾波狀態(tài)觀測器實(shí)現(xiàn)對前后懸架力的估計，利用遺忘因子的遞推最小二乘估計方法實(shí)現(xiàn)了對質(zhì)心位置的估計;并運(yùn)用該估計得到的質(zhì)心位置來修正參考模型得到的橫擺角速度與質(zhì)心側(cè)偏角的期望值，再設(shè)計了ESP系統(tǒng)的參數(shù)自整定模糊PID控制器;最后利用通過仿真表明本文提出的考慮質(zhì)心位置變化的ESP控制器比未考慮的控制效果要好，使汽車在高速轉(zhuǎn)向制動行駛時具有更好的橫

5、向穩(wěn)定性。
　　分析了EPS與ESP兩系統(tǒng)在汽車高速轉(zhuǎn)向或是緊急避障過程中對穩(wěn)定性所發(fā)揮的貢獻(xiàn)，利用Vague集的多目標(biāo)模糊決策方法設(shè)計了上層控制器，實(shí)現(xiàn)了對EPS與ESP系統(tǒng)的分層協(xié)調(diào)控制，并通過對EPS與ESP控制器各自獨(dú)立作用與分層作用兩種情況進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明分層協(xié)調(diào)控制的汽車在高速轉(zhuǎn)向或者是連續(xù)避障工況下具有更好的橫向穩(wěn)定性。之后建立了三自由度汽車非線性模型，基于Lyapunov方法對其進(jìn)行了橫向運(yùn)動的混沌分析和數(shù)

6、值仿真，結(jié)果表明在一定條件下，汽車的橫向運(yùn)動是會出現(xiàn)混沌現(xiàn)象的。
　　用自適應(yīng)趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制器對汽車的混沌進(jìn)行控制，使汽車橫向運(yùn)動過程中的混沌現(xiàn)象得到了較好的抑制，并對未控制、滑?？刂埔约白赃m應(yīng)趨近律滑模控制三種情況進(jìn)行了數(shù)值仿真，仿真結(jié)果表明自適應(yīng)趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制對汽車的混沌有較好的抑制效果。
　　搭建了基于VBoxⅢ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)車試驗系統(tǒng)，基于質(zhì)心位置修正的ESP控制算法設(shè)計了控制器，并利用該控制器在實(shí)車上