基于預測控制理論的車輛魯棒穩(wěn)定性控制器設計.pdf

1、本文設計和驗證了一種基于輪胎力最優(yōu)分配和前輪主動轉(zhuǎn)向技術相結合的底盤集成控制系統(tǒng)，即通過控制和分配四個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。在所設計的系統(tǒng)中，使用模型預測控制理論、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變模型

2、的預測控制邏輯（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變單軌模型，前者用于計算理想的車輛橫擺角速度和車輛質(zhì)心側(cè)偏角；后者在模型預測控制方法中使用：通過調(diào)節(jié)合適的預測控制器參數(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控制器計算所得的附加橫擺力矩分配到四個車輪，并計算出相應的滑移率。在這個過程中，因為充分考慮了由于車輛參數(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確的問題，所設計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?？刂破鳎⊿MC:Sliding-Mode Control）以實現(xiàn)對車路目標滑移率的跟蹤和保持。
　　本文所設計的車輛穩(wěn)定性控

4、制器，可以實現(xiàn)車輛在高速行駛時對駕駛員轉(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，使用制動力魯棒最優(yōu)分配方法，將非線性系統(tǒng)線性化，并在這個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)境下對所設計控制器進行了各