汽车稳定性控制研究【文献综述】.doc

1、 1 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 汽车稳定性控制研究 摘要： 本文简要的介绍了基于多变量频域控制方法对车辆稳定性的控制优势。 关键词 ： 汽车 稳定性 质心侧偏角 横摆 角速度 二自由度 前言： 汽车发展的趋势是安全、节能、环保。转向系统是关系主动安全的重要系统，其操纵稳定性好坏对汽车性能影响很大。 质心侧偏角为如图的角 。 横摆角速度 指的是 汽车绕垂直轴的偏转 的快慢程度 ， 即如图的 tdd 。 该 偏转的大小代表汽车的稳定程度。如果偏转角速度达到一个阈值，说明汽车发生测滑或者甩尾等危险 情况。如图 1 图 1 1. 车辆稳定性控制 车辆稳定性控制分为两类问题 : 一类是轨迹保

2、持问题 , 轨迹问题可由质心侧偏角来描述 , 即将整个车辆视为一个质点 , 在小的横摆角速度下 , 车辆的质心侧偏角主要由作用于轮胎上的纵向力和侧向力来决定 ; 另一类是稳定性问题 , 即横摆角速度问题 , 它与轨迹保持问题是相互联系的。当用横摆角速度进行控制以达到稳定性控制的目的时 , 主要由作用于各轮胎上的力对质心的横摆力矩决定。过大或过小的横摆 力矩将导致车辆的过多转向或过大的不足转向。 操纵性是汽车准确跟踪驾驶员意图行驶；稳定性是要求危险工况 (高速行驶，侧向加速度大，离心力大，超过轮胎侧偏力而发生大的侧滑；小附着系数路面的侧滑；对开路面上轮胎左右侧偏力不相等、侧向风引起的横摆 )下汽

3、车仍稳定行驶。 。其控制目标是质心侧偏角为零。 2 1 1.轨迹保持问题 直接横摆力矩控制 (DYC)是利用已有的防抱死制动系统产生需要的纵向力和稳态横摆力矩 ,改善汽车的稳定性。当汽车轮胎侧向力处于线性范围 ,侧偏角和驱动 /制动力较小时 ,利用主动前轮转向(AFS)可以改变前轮转 向角 ,影响轮胎的侧向力 ,控制汽车的横摆角速度 ,改善汽车的操纵性能。同时 ,还能很好地扩大汽车的线性操纵域 ,避免汽车进入非线性区 1.2 稳定性问题 汽车在湿滑路面上行驶或在大转弯急转向行驶过程中 ,汽车的横摆角速度过大 ,行驶方向会发生剧烈的摆动 ,使驾驶员操纵困难 , 严重时汽车会失去控制 ;另外 ,如

4、果汽车质心侧偏角速度过大 ,汽车也会产生侧滑。为此 ,本文在电动助力转向系统基本助力电流的基础上引入横摆角速度和质心侧偏角电流补偿 ,控制电机助力转矩来提高汽车在特殊行驶状况下的操纵稳定性 2.1 控制方法 基于 “ 汽车 驾驶员 环境（ 道路） 闭环系统 ” 的汽车操纵稳定性研究 20 世纪 60 年代以前 , 汽车操纵稳定性的研究主要以开环研究为主 , 所谓开环研究就是把汽车作为一个开环控制系统 , 求出汽车行驶时的时域响应和频率响应特性 , 对系统进行稳态和瞬态分析 , 用横摆角速度频率响应特性、方向盘角阶跃输入下的稳态响应、方向盘角阶跃输入下的瞬态响应、不足转向特性和过度转向特性等等来

5、表征汽车的特性。按照这种方法研究汽车操纵稳定性 , 需要建立精确的汽车动力学模型。因为有精确数学模型 , 能够得出精确的数字解 , 这些研究工作对车辆的设计、分析和评 价车辆性能还是很有价值的。人们提出了自由度越来越多的数学力学模型 , 同时也提出了各种评价指标来评价汽车的操纵稳定性。然而 , 一个关键的问题是 , 通常不同的评价指标所得出的结论并不一致 , 甚至互相抵触 , 这些精巧的数学模型 , 是建立在汽车的理想化假设基础之上的 , 这种理想假设条件与实际汽车之间的情况是存在着差异（ 有时这种差异还很显著） 的。近年来 , 人们逐渐认识到 , 在汽车操纵稳定性的研究中 , 对驾驶汽车的驾

6、驶者的特性缺乏基本的认识。因而 , 人们只能知道汽车对一定的转向盘输入的响应如何 , 却难以断定整个汽车 一驾驶员一道路系统的性能如何。汽车操纵稳定性的研究必须基于汽车 驾驶员 道路闭环系统进行研究。 随着 EPS 系统研究的不断深入，日本、美国、欧洲相继开发出了自己的 EPS 系统，最近韩国和我国清华大学也宣布成功开发出了自己的 EPS 系统。在 1992 年，日本的 Abe 教授等人通过对侧倾力矩分配控制（ Roll Moment Distribution Control）的研究将垂向运动学控制引入到集成控制中。由于轮胎产生的侧偏力和轮胎所受的垂向载荷之间存在非线性关系，使得当车辆左右两侧

7、车轮的垂向载荷差别较大时，整车所产生 的侧偏力之和较小，因此可以通过悬架或横向稳定杆改变前后轴的侧倾刚度从而提高车辆的侧向稳定性。随后， Trychtler 等人对主动悬架的连续阻尼特性（ CDC）做了进一步的研究，认识到对车辆进行主动阻尼控制会改变轮胎的法向载荷，从而会影响到 ABS 的制3 动性能。例如， ABS 制动时，主动悬架为了减小车辆的俯仰会增加悬架的阻尼刚度，进而会增大轮胎法向力，减小 ABS 的制动距离。同时，主动悬架阻尼刚度的改变还会影响到车辆的主动侧倾控制（ Active Roll Control， ARC），而主动侧倾控制力矩的分布又可以影响车辆的 横摆角速度。由此可见车

8、辆各子控制系统之间是相互联系、相互作用，存在一定耦合关系地。 理论的仿真用 matlab 模拟，从图像上看效果。 参考文献 1周红妮 , 陶健民 . 质心侧偏角和横摆角速度对车辆稳定性的影响研究 J.湖北汽车工业学院2008 2程李剑峰 高利 靳宇伟 .车辆横摆角速度跟踪控制方法 n.农业机械学报 38 卷 7 期 3 胡爱军 吕宝占 王朝晖 . 基于行驶状态反馈的电动助力转向 ( EPS)系统控制策略研究河南理工大学机械与动力工程学院 .洛阳拖拉机研究所有限公司 . (2010) 4 Kozo F., Kaoru O., Katsumi F., etc, Development of Act

9、ive Steer System Applying H ?Synthesis, SAE Paper No. 981115, 1998. 5 Junjie He, David A. Crolla, Martin C. Levesley ， etc， Integrated Active Steering and Variable Torque Distribution Control for Improving Vehicle Handling and Stability SAE Paper No.2004-01-1071 6 Werner Harter, Wolfgang Pfeiffer， e

10、tc， Future Electrical Steering Systems:Realizations with Safety Requirements， SAE Paper No.2000-01-0822 7 Ryouhei H., Katsutoshi N., Shirou N., Kazuhiro K., The Vehicle Stability Control Responsibility Improvement Using Steer-by-Wire”, Proceedings of the IEEE 2000, 8 余卓平，赵治国，陈慧，主动前轮转向对汽车稳定性能的影响，中国机械

11、工程， 2005.4 9 余志生主编，汽车理论，机械工业出版社， 2000 年 10 月（第 3 版） 8 M.Selby , W.J.Manning , M.D.Brown and D.A.Crolla , “A Coordination Approach for DYC and Active Front Steering” , 2001 Society of Automotive Engineers,Inc.2001 -01-1275 10 郭孔辉，汽车操纵动力学，吉林科学技术出版社， 1991 11 宗长富，麦莉，郭学立，汽车前轮电子转系统，中国机械工程， 2004.6 12 左建令，汽车电子转向系统控制方法研究，吉林大学，硕士学位论文， 2003.3