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车辆主动转向和独立驱动系统集成控制研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 车辆动力学控制系统

1.2.1 主动转向系统

1.2.2 独立驱动系统

1.2.3 子系统之间的集成控制

1.3 国内外研究现状

1.3.1 集中式

1.3.2 分层式

1.3.3 集成控制发展方向

1.4 论文主要研究内容和思路

第2章 车辆动力学建模

2.1 CarSim标准整车模型

2.1.1 CarSim实车的建模

2.1.2 “魔术公式”轮胎模型

2.1.3 实际的车辆模型

2.2 整车八自由度模型

2.2.1 整车模型

2.2.2 改进的Dugoff轮胎模型

2.2.3 整车八自由度模型验证

2.3 本章小结

第3章 车辆状态估计与相平面稳定区域分析

3.1 整车状态估计

3.1.1 路面附着系数估算算法

3.1.2 车辆质心侧偏角估算算法

3.2 相平面稳定区域研究

3.2.1 相平面基础理论

3.2.2 整车的质心侧偏角相平面研究

3.2.3 β-(β)相平面稳定边界方程

3.3 本章小结

第4章 集成控制器的设计

4.1 车辆动力学控制变量分析

4.2 集成控制结构

4.3 下层控制器

4.3.1 主动转向控制

4.3.2 驱动力控制分配

4.4 本章小结

第5章 仿真分析及结果验证

5.1 驾驶模拟器平台

5.2 驾驶员开环的验证

5.3 驾驶员闭环验证

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 创新点

6.3 研究展望

参考文献

攻渎硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢

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摘要

主动安全一直是汽车行业的热点,随着电控系统的增加,以及主动控制研究的突破性进展,多个子控制系统在同一辆车上出现时,会使整车性能出现耦合叠加的问题。为了使得多个动力学系统能够独立的发展各自的控制优势,通过底盘集成控制不仅可以使得动力学之间的矛盾消除,而且还可以优化整车行驶性能,从而提高各项性能的指标。由于主动转向和独立驱动两个系统都是未来发展的趋势,此两个系统的集成控制的研究对工程应用具有重要的意义。本文从车辆动力学理论的角度出发,针对车辆主动转向系统与独立驱动系统存在的矛盾与冲突,在保持两个子系统功能前提下,以提高整车性能的目的来进行集成控制研究。
  (1)整车建模;针对某紧凑型车辆,通过CarSim软件建模,并对实车进行试验,使用所建立的模型与实车在相同的工况下,进行有效性验证;进行表明所建立仿真模型能够表达整车的实际运行工况;为了获得相平面,建立8自由度整车模型,研究表明有效的与CarSim的整车模型对应起来。
  (2)车辆状参数估计;采用基于侧向加速度的算法获得路面的附着系数,采用积分的方法获得质心侧偏角的估计值,运用质心侧偏角相平面研究。采用非线性理论获得质心侧偏角-质心侧偏角速度β-(β)相平面,并对相平面进行稳定区域划分,拟合摩擦系数、车速影响因素研究获得稳定边界拟合方程。
  (3)集成控制;以质心侧偏角相平面来设计集成控制的上层控制器,包含三个区域,分别是主动转向控制区、混合控制区和独立驱动控制区;当相点在主动转向控制区域内时,进行以横摆角速度跟踪的主动转向控制;当在混合区域内时,主动转向和独立驱动以一定的比例起作用;当在稳定区域外时,只有独立驱动起作用。集成控制下层控制器包括主动转向控制层和独立驱动控制层,都是通过相平面的稳定区域,来进行协调式集成控制;对于下层控制器,主动转向采用滑模控制算法进行设计,独立驱动通过二次规划将驱动力分配到各个轮胎上。
  (4)通过在驾驶员开环控制,以及基于驾驶模拟器驾驶员在环控制,进行集成控制算法的验证,基于该平台对控制策略算法进行了设计及测试,对集成控制算法和控制策略进行了验证。
  通过联合仿真平台的仿真结果表明,所设计的控制器能够集成两种子控制器的优势,解决了矛盾问题,最大化的利用两种系统的优势提高整车的性能。

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