本文關(guān)鍵詞：汽車EPS與ESP協(xié)調(diào)控制及關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：隨著汽車動力學、現(xiàn)代控制理論、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機仿真技術(shù)和車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,以電動助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering, EPS)系統(tǒng)和電子穩(wěn)定程序(Electronic Stability Program, ESP)為代表的汽車底盤電控系統(tǒng)裝車率越來越高,對于提高汽車的各方面性能發(fā)揮了重要作用。這些系統(tǒng)大都側(cè)重于提高汽車單一的性能指標,由各零部件廠商單獨開發(fā),未考慮與其它電控系統(tǒng)的信號共享及協(xié)調(diào)等問題,簡單的功能疊加往往會導致子系統(tǒng)之間的沖突,不能使汽車性能達到最優(yōu),汽車底盤集成與協(xié)調(diào)控制是近年來研究的熱點之一。底盤協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的信號共享,避免各子系統(tǒng)之間的沖突和干擾,根據(jù)行駛工況和車輛狀態(tài)等的變化,充分發(fā)揮各子系統(tǒng)的特長,實現(xiàn)整車綜合性能的最優(yōu)。本文依托國家自然科學基金項目(51175135、51075112、51375131)及中航工業(yè)產(chǎn)學研專項項目(CXY2010HFGD26),在總結(jié)國內(nèi)外最新研究成果的基礎(chǔ)上,圍繞EPS/ESP控制及關(guān)鍵技術(shù),開展了一系列理論建模、仿真計算、試驗驗證等研究工作。完成的主要工作和成果如下：(1)考慮不熟練駕駛員由于對側(cè)向力感知的缺乏而導致的誤操作轉(zhuǎn)矩的影響,提出一種跟蹤期望駕駛特性的汽車EPS控制策略。建立能夠表征駕駛特性(熟練程度等)并考慮誤操作轉(zhuǎn)矩的駕駛員模型,與車輛組成人-車閉環(huán)系統(tǒng)。仿真及硬件在環(huán)試驗結(jié)果表明,采用跟蹤期望駕駛特性的汽車EPS控制策略,改善了汽車的操縱穩(wěn)定性,減輕了駕駛員的轉(zhuǎn)向負擔,從而驗證了所提出的控制策略的有效性。(2)針對傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向回正控制容易產(chǎn)生回正過度或回正不足的情況,提出一種基于ESP功能補償?shù)钠嘐PS回正控制策略。建立四輪車輛動力學模型,基于車載EPS傳感器的信號,采用無跡卡爾曼濾波(Unscented Kalman Filter, UKF)方法在線實時估計路面附著系數(shù)和車輛的質(zhì)心側(cè)偏角。將估計到的質(zhì)心側(cè)偏角與期望的質(zhì)心側(cè)偏角的偏差作為輸入,對車輛進行轉(zhuǎn)向回正滑�？刂�。在Carsim、 Matlab/Simulink及LabVIEW中對車輛不同工況下的轉(zhuǎn)向回正性能進行仿真及硬件在環(huán)試驗,仿真及試驗結(jié)果表明,提出的基于ESP功能補償?shù)腅PS轉(zhuǎn)向回正控制策略能夠有效地改善車輛的中心轉(zhuǎn)向性能,使車輛具有良好的回正效果。(3)汽車EPS與ESP對保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性起到重要作用,對汽車EPS/ESP系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的必要性和汽車縱向、側(cè)向動力學耦合特性進行了詳細的論述。針對汽車運動時縱、側(cè)向動力學上存在的耦合因素,在某些工況下兩系統(tǒng)間可能存在沖突的問題,提出一種基于汽車行駛安全邊界的EPS與ESP協(xié)調(diào)控制策略。建立EPS動力學模型,通過Luenberger觀測器估計回正力矩,由回正力矩信息估計路面附著系數(shù)。根據(jù)車輛動力學特性確定由質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度組成的汽車行駛安全邊界,根據(jù)確定的安全邊界和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩、橫擺角速度等信息,基于帶精英策略的非支配排序遺傳算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm, NSGA-Ⅱ)優(yōu)化EPS與ESP的動態(tài)協(xié)調(diào)控制因子,確保獲得優(yōu)化參數(shù)的全局最優(yōu)解。仿真與試驗結(jié)果表明,采用基于汽車行駛安全邊界的EPS與ESP協(xié)調(diào)控制策略,改善了汽車的行駛穩(wěn)定性,驗證了該控制策略的有效性。(4)設(shè)計EPS控制器、ESP控制器和上層協(xié)調(diào)控制器,進行了硬件在環(huán)試驗及不同工況下的實車試驗,驗證了所提出的控制策略的有效性和正確性。
【關(guān)鍵詞】：車載電子穩(wěn)定程序 EPS回正控制 駕駛員特性 行駛安全邊界 EPS/ESP協(xié)調(diào)控制 硬件在環(huán)
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U463.6;U463.4
【目錄】：

• 致謝9-11
• 摘要11-13
• ABSTRACT13-23
• 第一章 緒論23-37
• 1.1 研究背景及意義23-24
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀24-34
• 1.2.1 EPS研究現(xiàn)狀24-28
• 1.2.2 ESP研究現(xiàn)狀28-30
• 1.2.3 底盤協(xié)調(diào)控制研究現(xiàn)狀30-33
• 1.2.4 EPS/ESP協(xié)調(diào)控制研究現(xiàn)狀33-34
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點34-36
• 1.4 本章小結(jié)36-37
• 第二章 汽車系統(tǒng)動力學建模37-47
• 2.1 引言37
• 2.2 二自由度車輛模型37-38
• 2.3 七自由度車輛模型38-39
• 2.4 側(cè)向-縱向聯(lián)合輪胎模型39-41
• 2.5 駕駛員模型41-43
• 2.6 仿真分析與試驗驗證43-46
• 2.7 本章小結(jié)46-47
• 第三章 考慮駕駛員個體差異的汽車EPS控制47-64
• 3.1 前言47
• 3.2 駕駛員-車輛模型47-50
• 3.2.1 人-車-路閉環(huán)系統(tǒng)的坐標轉(zhuǎn)換47-48
• 3.2.2 駕駛員-車輛建模48-50
• 3.3 EPS控制算法50-51
• 3.4 仿真分析51-56
• 3.5 EPS硬件在環(huán)試驗56-63
• 3.5.1 試驗臺組成56-58
• 3.5.2 EPS轉(zhuǎn)向國標試驗58-62
• 3.5.3 EPS硬件在環(huán)試驗62-63
• 3.6 本章小結(jié)63-64
• 第四章 基于ESP功能補償?shù)腅PS回正控制64-81
• 4.1 引言64
• 4.2 質(zhì)心側(cè)偏角的估計64-71
• 4.2.1 EKF濾波65-66
• 4.2.2 UKF濾波66-69
• 4.2.3 基于UKF估計質(zhì)心側(cè)偏角69-71
• 4.3 控制器設(shè)計71-75
• 4.3.1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)72
• 4.3.2 EPS控制器設(shè)計72-75
• 4.3.2.1 EPS建模72-73
• 4.3.2.2 滑�？刂破鞯脑O(shè)計73-75
• 4.4 仿真分析75-77
• 4.5 EPS轉(zhuǎn)向回正性試驗77-79
• 4.6 本章小結(jié)79-81
• 第五章 基于汽車行駛安全邊界的EPS與ESP協(xié)調(diào)控制策略81-110
• 5.1 引言81
• 5.2 汽車行駛安全邊界81-87
• 5.2.1 汽車行駛安全邊界的定義82-83
• 5.2.2 路面附著系數(shù)的估計83-84
• 5.2.3 汽車行駛安全邊界的確定84-87
• 5.3 EPS與ESP系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制器的設(shè)計87-96
• 5.3.1 上層控制器設(shè)計89-93
• 5.3.2 下層控制器設(shè)計93-96
• 5.4 仿真分析96-98
• 5.5 ESP硬件在環(huán)試驗98-109
• 5.5.1 ESP的工作過程98-100
• 5.5.2 ESP試驗臺的組成100-106
• 5.5.3 ESP控制硬件在環(huán)試驗106-109
• 5.6 本章小結(jié)109-110
• 第六章 EPS/ESP協(xié)調(diào)控制試驗驗證110-130
• 6.1 EPS控制系統(tǒng)設(shè)計110-111
• 6.1.1 硬件電路設(shè)計110
• 6.1.2 軟件設(shè)計110-111
• 6.2 ESP控制系統(tǒng)設(shè)計111-113
• 6.2.1 硬件電路設(shè)計111-112
• 6.2.2 軟件設(shè)計112-113
• 6.3 EPS與ESP上層協(xié)調(diào)控制器設(shè)計113-118
• 6.3.1 硬件電路設(shè)計113-117
• 6.3.2 軟件設(shè)計117-118
• 6.4 實車試驗118-129
• 6.4.1 試驗設(shè)備及儀器118-122
• 6.4.2 試驗軟件122-123
• 6.4.3 試驗設(shè)備標定123-125
• 6.4.4 EPS與ESP協(xié)調(diào)控制試驗125-129
• 6.5 本章小結(jié)129-130
• 第七章 總結(jié)與展望130-132
• 7.1 總結(jié)130-131
• 7.2 研究展望131-132
• 參考文獻132-141
• 附錄141-143
• 攻讀博士學位期間的學術(shù)活動及成果情況143-144

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