1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化汽车稳定性控制研究一、课题研究意义及现状摘要: 通过对车辆稳定性控制理论研究, 得出车辆的质心侧偏角和横摆角速度是稳定性控制的重要控制变量。并基于建立的二自由度整车仿真模型, 进一步分析了它们对车辆稳定性的影响。随着工程建设和生产发展的需要,车辆( 尤其是工程车辆) 受到路面条件、交通法规的限制, 依靠单纯增加单个轴的承载能力, 降低整车质量已经达不到要求。需对底盘进行全盘考虑。 汽车运动是一个模型阶次高、输入输出变量多的复杂系统，因此针对整个运动系统设计单一的控制器是不可行的。本文提出了一种基于多变量频域控制方法的车辆底盘集成控制策略，协调控制车辆主
2、动转向系统和主动制动系统。对典型多变量车辆系统进行分析，应用多变量频域控制理论设计底盘集成控制器，并利用 matlab 仿真平台进行典型工况仿真分析。结果表明，基于多变量频域控制方法的车辆底盘集成控制器能够消除主动转向系统和主动制动系统之间的干涉和耦合，同时显著提高车辆操纵稳定性。对于操纵稳定性控制的研究，人们最初是从车辆的后轮主动转向（RWS，4WS）开始研究的，四轮转向汽车的出现，极大地提高了车辆的操纵稳定性。随着研究的不断深入，人们发现在车辆的侧向加速度和车身侧偏角较小，轮胎的侧偏力和侧偏角还处于线性关系时，四轮转向或前轮主动转向汽车可以取得良好的操纵稳定性。而当车辆处于紧急工况时，车辆
3、的侧向加速度、车身侧偏角和横摆角速度都比较大，四轮转向汽车的操纵稳定性并不能取得良好的性能。因为，此时轮胎的侧向受力已经趋于饱和，它的侧向力和侧偏角已经处于高度的非线性关系，单纯依靠车辆的四轮转向已经不能增加车辆的侧向力，提高车辆的侧向操纵稳定性了。二、课题研究的主要内容和预期目标本设计要求应用 matlab 系统设计出基于网络实验平台的电机控制实验项目：（1）转向系统的阶跃响应；（2）转向系统的稳定性分析；本设计的预期目标：（1）熟练应用 matlab 软件；（2）能独自完成实验的各项内容；（3）在完成实验内容后，能对实验要求有所改进。三、课题研究的方法及措施（1）先收集与设计有关的各种资料
4、（2）在以上的基础上学习与课题有关的各种知识，并掌握课题中以前不懂的知识，理论（3）在以上 2 点的基础上对课题的电路进行初步的设计，并用 MATLAB、SIMULINK 软件进行仿真（4）根据仿真的结果，如果结果错误先自己该正，不行再在导师的指导下改进（5）记录实验结果，并总结实验 四、课题研究进度计划毕业设计期限：自 2011 年 3 月 1 日至 2011 年 5 月 29 日。第一阶段（自 2011 年 3 月 1 日至 2011 年 3 月 19 日）：分析任务，收集资料，系统总体方案设计，完成开题报告、文献综述、外文翻译。第二阶段（自 2011 年 3 月 10 日至 2011 年
5、 5 月 29 日）：设计与写论文，算法研究及软件程序设计，撰写设计报告与论文。第三阶段（自 2011 年 5 月 29 日至 2011 年 6 月 10 日）：算法完善，论文修改，准备答辩。五、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 陈 雯, 张竹林 基于 Ma tlab /S i
6、mulink 的四轮转向汽车操纵稳定性仿真n 山东交学院汽车工程系,济南5 疏祥林 李以农 基于横摆角速度的汽车系统模糊反馈控制方法 n 安徽交通职业技学院重庆大学机械传动国家重点实验室 天津汽车 20106 Junjie He, David A. Crolla, Martin C. Levesley ，etc，Integrated Active Steering and VariableTorque Distribution Control for Improving Vehicle Handling and Stability SAE Paper No.2004-01-10717 Wern
7、er Harter, Wolfgang Pfeiffer，etc，Future Electrical Steering Systems:Realizations with Safety Requirements，SAE Paper No.2000-01-08228 Ryouhei H., Katsutoshi N., Shirou N., Kazuhiro K., The Vehicle Stability Control Responsibility Improvement Using Steer-by-Wire”, Proceedings of the IEEE 2000,9 余卓平，赵治
8、国，陈慧，主动前轮转向对汽车稳定性能的影响，中国机械工程，2005.410余志生主编，汽车理论，机械工业出版社，2000 年 10 月（第 3 版）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 。 该偏转的大小代表汽td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
9、者甩尾等危险情况。如图 1图 11. 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
10、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)下汽车仍稳定行驶。 。其控制目标是质心侧偏角为零。 11.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
11、车会失去控制;另外,如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表征汽车的特性
12、。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, 对驾驶汽车的驾驶者的特性缺乏基本的认识。因而, 人们只能知道
13、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
14、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 ma
15、tlab 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 Active Steer System Applying H ?Synthesis, SAE Pape
16、r 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.2004-01-10716 Werner Harter, Wolfgang Pfeiffer，etc，Future Electrical Steering Systems:Realizations wi
17、th Safety Requirements，SAE Paper No.2000-01-08227 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，中国机械工程，2005.49 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
18、 , 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.2001-01-127510 郭孔辉，汽车操纵动力学，吉林科学技术出版社，199111 宗长富，麦莉，郭学立，汽车前轮电子转系统，中国机械工程，2004.612 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毕业设计（20_ _届）汽车稳定性控制研究摘 要汽车运动系统是一个模型
19、阶次高、输入输出变量多的复杂系统，因此针对整个运动系统设计单一的控制器是不可行的。本文提出了一种基于多变量频域控制方法的车辆底盘集成控制策略，协调控制车辆主动转向系统和主动制动系统。对典型多变量车辆系统进行分析，应用多变量频域控制理论设计底盘集成控制器，并利用 matlab 仿真平台进行典型工况仿真分析。结果表明，基于多变量频域控制方法的车辆底盘集成控制器能够消除主动转向系统和主动制动系统之间的干涉和耦合，同时显著提高车辆操纵稳定性。关键词：汽车底盘系统；matlab；集成控制；仿真AbstractThe automobile chassis system is a model of the
20、input and output variables advanced high-lever of complex system, so in the whole chassis systems design single controller is not feasible. This paper puts forward a method based on multivariate spectral control method of vehicle chassis integrated control strategy, coordination, and control vehicle
21、 active steering system and active braking system. For typical multivariable vehicle system, the paper application multivariate spectral control theory design chassis, and using integrated controller based on matlab platform with the simulation analysis on typical working conditions. The results sho
22、w that based on multivariate spectral control method can eliminate vehicle chassis integrated controller active steering system and the interference between active braking system and the coupling observably enhance, vehicle handling stability. Key Words: automobile chassis systems; matlab; Integrated control; simulation
