《基于滑模变结构控制的汽车稳定性控制系统研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于滑模变结构控制的汽车稳定性控制系统研究.pdf（82页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、分类号：分类号：U461.6U461.6U461.6U461.6密密级：级：公公 开开 U U D D C C ：单位代码：单位代码：10424104241042410424 学学位位论论文文 基于滑模变结构控制的汽车稳定性基于滑模变结构控制的汽车稳定性基于滑模变结构控制的汽车稳定性基于滑模变结构控制的汽车稳定性 控制系统研究控制系统研究控制系统研究控制系统研究 王王伟伟 申请学位级别申请学位级别: : : :硕士学位硕士学位专业名称专业名称: : : :精密仪器及机械精密仪器及机械 指导教师姓名指导教师姓名: : : :徐徐 克克 宝宝职职称称: : : :教教授授 山山 东东 科科 技技
2、大大 学学 二零零八年五月二零零八年五月 论文题目：论文题目：论文题目：论文题目： 基于滑模变结构控制的汽车稳定性控制系基于滑模变结构控制的汽车稳定性控制系基于滑模变结构控制的汽车稳定性控制系基于滑模变结构控制的汽车稳定性控制系 统研究统研究统研究统研究 作者姓名：作者姓名：作者姓名：作者姓名：王王伟伟入学时间：入学时间：入学时间：入学时间：2002002002005 5 5 5 年年 9 9 9 9 月月 专业名称：专业名称：专业名称：专业名称：精密仪器及机械精密仪器及机械研究方向研究方向研究方向研究方向: : : :测量自动化与智能化测量自动化与智能化 指导教师：指导教师：指导教师：指导教
3、师：徐徐 克克 宝宝职职职职称称称称: : : : 教教授授 论文提交日期：论文提交日期：论文提交日期：论文提交日期：2002002002008 8 8 8 年年 5 5 5 5 月月 论文答辩日期：论文答辩日期：论文答辩日期：论文答辩日期：2002002002008 8 8 8 年年 6 6 6 6 月月 授予学位日期：授予学位日期：授予学位日期：授予学位日期： RESEARCHRESEARCHRESEARCHRESEARCHONONONONVEHICLEVEHICLEVEHICLEVEHICLESTABILITYSTABILITYSTABILITYSTABILITYCONTROLCONTR
4、OLCONTROLCONTROLSYSTEMSYSTEMSYSTEMSYSTEM BASEDBASEDBASEDBASEDONONONONSLIDINGSLIDINGSLIDINGSLIDINGMODEMODEMODEMODEVARIABLEVARIABLEVARIABLEVARIABLESTRUCTURESTRUCTURESTRUCTURESTRUCTURE CONTROLCONTROLCONTROLCONTROL A A A ADissertationDissertationDissertationDissertation submittedsubmittedsubmittedsubmit
5、ted inininin fulfillmentfulfillmentfulfillmentfulfillment ofofofof thethethethe requirementrequirementrequirementrequirement ofofofof thethethethe degreedegreedegreedegree ofofofof MASTERMASTERMASTERMASTER OFOFOFOF PHILOSOPHYPHILOSOPHYPHILOSOPHYPHILOSOPHY fromfromfromfrom ShandongShandongShandongSha
6、ndong UniversityUniversityUniversityUniversity ofofofof ScienceScienceScienceScience andandandand TechnologyTechnologyTechnologyTechnology bybybyby WangWangWangWangWeiWeiWeiWei Supervisor:Supervisor:Supervisor:Supervisor: ProfessorProfessorProfessorProfessorXuXuXuXu KebaoKebaoKebaoKebao CollegeColle
7、geCollegeCollege ofofofof MechanicalMechanicalMechanicalMechanical andandandand ElectronicElectronicElectronicElectronic EngineeringEngineeringEngineeringEngineering MayMayMayMay 2008200820082008 声声 明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士论文，除了所列参考文献和所公认的 文献外，全部是本人在导师的指导下的研究成果。该论文尚未呈交给其他任何 学术机关做鉴定。 研究生签名： 日期： AFFIRMATIO
8、NAFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATION I declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been submitted for qu
9、alification at any other academic institute. Signature: Date: 山东科技大学硕士学位论文摘要 I 摘摘要要 汽车稳定性控制是通过车载控制系统实时调整汽车的运行状态，使汽车能够按照驾 驶员的意图行驶，并防止汽车失稳的汽车主动安全装置，是当前国际上汽车主动安全领 域的研究热点。 随着控制技术的发展和系统成本的降低，将很有可能全面代替 ABS 成为 现代汽车的标准装备。在国外，最近几年汽车稳定性控制得到了快速的发展，已经开始 在中、高级轿车上大量装备；而我国在此领域的研究刚刚起步，开展这项研究具有重要 的现实意义和广阔的应用前景。 本文在借
10、鉴国内外研究成果的基础上，围绕着汽车稳定性控制系统的建模、理论分 析、控制策略研究以及仿真分析这一汽车控制系统研究的主线进行了系统地分析。 论文首先在 H.B.Pacejka 轮胎模型 （魔术公式） 的基础上建立了二自由度汽车动力学 模型与整车仿真模型，并建立了理想的线性二自由度汽车模型。通过对影响汽车稳定性 的因素进行讨论，选择质心侧偏角和横摆角速度作为稳定性控制的控制变量，并深入分 析了两种控制变量与汽车稳定性的关系。其次，说明了直接横摆力偶矩控制法在提高极 限工况下弯道加速（或制动）行驶能力，从而改善汽车操纵稳定性的机理，为汽车稳定 性控制提出了理论基础。运用 DYC 控制方法，对滑模变
11、结构控制理论方法下不同控制 策略的稳定性控制器进行控制算法的研究和控制模块的建立。 通过阶跃仿真分析可知，所设计的控制系统能有效控制趋于失稳的汽车，且控制参 数的变化对控制效果有着重要的影响。在此基础上，本文进一步通过阶跃仿真，对所设 计的稳定性控制器在不同运行工况下，进行稳定性控制效果及前轮转角跟随特性的综合 分析与比较。依据本文所建立的二自由度汽车模型，所设计的汽车稳定性控制器能在不 同程度上提高汽车的稳定性，控制效果各有特点。由于稳定性控制器应重点对低附着系 数路面上的汽车进行控制，综合稳定性控制效果和跟随特性两方面的分析，针对研究对 象的运行工况，从控制器对不同工况的适用性、以及响应速
12、度、结构实现等因素考虑， 滑模变结构控制下的质心侧偏角控制和联合控制策略要优于横摆角速度控制。 关键词：关键词：汽车稳定性控制，质心侧偏角，横摆角速度，直接横摆力偶矩控制，滑模变结 构控制，控制策略，MATLAB 仿真 山东科技大学硕士学位论文摘要 II ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT Vehicle Stability Control (VSC) is an active safety device, which lets the vehicle run following the drivers intension to prevent vehicle f
13、rom losing stability. Now, VSC is the international research focus in the vehicle active safety field. With development of control techniques and decrease of control system cost, VSC will replace ABS to be the standard device of modern vehicles. In recent years, VSC gets great development aboard, an
14、d is gradually equipped to the moderate and top class cars; while in China, the research in this field is at very beginning. So, to study VSC has great significance for our country and also has broad application prospect. The dissertation analyze systematically about modeling of vehicle stability co
15、ntrol system, analysis of theory, study of control strategy and simulation analysis, based on the home and abroad achievements in this field. Firstly, a whole vehicle dynamic and simulation model with two degree of freedom (2DOF) is built on the basis of H.B.Pacejka tire model (Magic Formula) in thi
16、s paper, and also an ideal linear vehicle model of 2DOF. Studying on the vehicle stability control system in theory, the side-slip angle and yaw rate are chosen to be the main control variables, then the relation between them and vehicle stability is analyzed in deep. And then, the mechanism of the
17、DirectYawMoment Control (DYC) method enhancing curve accelerating (or braking) capability at limiting behavior, improving automobile control stability is explained. This provides the theory for vehicle stability control. Using the DirectYawMoment Control (DYC), the control arithmetic of the stabilit
18、y controller is studied and their control modules are built in the application of sliding mode variable structure control theories with different control strategies. Based on the step simulation analysis, the designed control system can control the vehicles driving to lose stability, and variation o
19、f controlling parameter has important effect to the control effect. With the step simulations, the control effect of the stability controllers and the following characteristic of front steering angle are analyzed and compared synthetically in different driving conditions. Based on 2DOF vehicle model
20、, the controllers can enhance the vehicle stability with various degrees, and have different effects. Because the stability 山东科技大学硕士学位论文摘要 III controller is mainly working on low coefficient road, focusing on the driving condition of the research object and synthesizing two aspects of stability cont
21、rol effect and following characteristic to analyze, the control strategy of side-slip angle and the combined control are better than yaw rate control, considering the factors of the applicability with different condition、the responsibility and the realization of structure etc. Keywords:Keywords:Keyw
22、ords:Keywords: Vehicle stability control (VSC), Side-slip angle,Yaw rate,Direct yaw moment control (DYC), Sliding mode variable structure control,Control strategy, MATLAB simulation 山东科技大学硕士学位论文目录 IV 目目录录 1 1 1 1 绪论绪论绪论绪论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1 1 1 1.1 课题背景. 1 1.2 汽车稳定性控制研究的历史与现状. 2 1.3 汽车稳定性控制的结构与原理. 5 1.4 本文的主要内容. 7 2 2 2 2 汽车动力学模型的建立汽车动力学模型的建立汽车动力学模型的建立汽车动力学模型的建立. . . . .
25、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 9 9 9 2.1 动力学系统建模概述. 9 2.2 汽车动力学建模方法介绍10 2.3 轮胎模型的建立11 2.4 整车动力学模型的建立. 15 2.5 线性二自由度汽车模型. 18 2.6 本章小结. 20 3 3 3 3 汽车稳定性控制方法与控制策略汽车稳定性控制方法与控制策略汽车稳定性控制方法与控制策略汽车稳定性控制方法与控制策略. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21212121 3.1 汽车稳定性控制参数的选取. 21 3
28、.2 汽车稳定性控制的基本思想 24 3.3 直接横摆力偶矩控制（DYC）. 26 3.4 稳定性控制策略的选择. 30 3.5 本章小结 32 4 4 4 4 稳定性控制算法研究稳定性控制算法研究稳定性控制算法研究稳定性控制算法研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33333333 4.1 滑模变结构控制系统的基本原理. 33 4.2 控制系统的设计. 37 4.3 本章小结. 41 5 5 5 5 汽车稳定性控制系统仿真
30、分析汽车稳定性控制系统仿真分析汽车稳定性控制系统仿真分析汽车稳定性控制系统仿真分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42424242 5.1 控制系统仿真分析. 42 5.2 稳定性控制系统的控制效果. 45 5.3 本章小结. 61 山东科技大学硕士学位论文目录 V 6 6 6 6 总结和展望总结和展望总结和展望总结和展望. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62626262 致致致致谢谢谢谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64646464 参考文献参考文
35、献参考文献参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65656565 作者攻读硕士学位期间发表的学术论文作者攻读硕士学位期间发表的学术论文作者攻读硕士学位期间发表的学术论文作者攻读硕士学位期间发表的学术论
37、文. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70707070 山东科技大学硕士学位论文目录 VI C
38、ontentsContentsContentsContents 1 1 1 1IntroductionIntroductionIntroductionIntroduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1 1 1 1.1Project bac
40、kground1 1.2History andstatus of vehicle stability control study.2 1.3Structure andprinciple of vehicle stability control5 1.4Contents of project7 2 2 2 2EstablishmentEstablishmentEstablishmentEstablishment ofofofof vehiclevehiclevehiclevehicle dynamicdynamicdynamicdynamic modelmodelmodelmodel. . .
41、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 9
42、 9 9 2.1Summary of dynamic system modelling.9 2.2Introduction of vehicle dynamic modelling method10 2.3Establishment of tire model.11 2.4Establishment of whole vehicle dynamic model.15 2.5Linear vehicle model of 2DOF18 2.6Summary of chapter.20 3 3 3 3MethodMethodMethodMethod andandandand strategystr
43、ategystrategystrategy ofofofof vehiclevehiclevehiclevehicle stabilitystabilitystabilitystability controlcontrolcontrolcontrol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21212121 3.1Selection of stability control parameters.21 3.2Basic thoughtof vehicle stability control24 3.3Direct yaw moment control（DYC）.26 3.4Selection of stability control strategy30 3.5Summary of chapter.32 4 4 4 4StudyStudy
45、StudyStudy ofofofof stabilitystabilitystabilitystability controlcontrolcontrolcontrol arithmeticarithmeticarithmeticarithmetic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33333333 4.1Basic principle of sliding mode variable structure control system.33 4.2Design of control system37 4.3Summary of chapter.41 5 5 5 5Simulat
47、ionSimulationSimulationSimulation analysisanalysisanalysisanalysis ofofofof vehiclevehiclevehiclevehicle stabilitystabilitystabilitystability controlcontrolcontrolcontrol systemsystemsystemsystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42424242 5.1Simulation analysis of control system42 5.2Control effect of stability control system.45 5.3Summary of chapter.61 6 6 6 6SummarySummarySummarySummary andandandand prospectprospectprospec
49、tprospect. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62626262 A A A Acknowledgmentscknowledgmentscknowledgmentscknowledgments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .