汽车直接横摆控制+前轮主动转向协调控制算法研究(附件)【字数：9439】
摘 要 在本文中所提出的一个汽车控制系统是基于汽车直接横摆控制（DYC）和前轮主动转向（AFS）协调控制的集成的算法。前轮主动转向系统目前大多基于液压系统，主要是通过其内部的行星齿轮进行传动，但是这个过程很复杂。DYC系统虽然可以提高汽车的稳定性，但是由于无法控制汽车的变传动比，所以也受到了限制。因此，将AFS和DYC相结合起来是很重要的，它可以解决DYC系统的问题，进一步地改善汽车的操纵稳定性，并将液压系统存在的问题也解决了。因此将前轮主动转向（AFS）和直接横摆控制（DYC）的集成具有重要的意义。 在本文中，首先建立了八自由度的整车车辆模型，其中包括车辆系统模型、轮胎模型、制动系统模型、驱动系统模型，并用MATLAB/Simulink软件对车辆模型进行了仿真分析与验证。 其次，在由建立的动力学模型的基础上，以横摆角速度为跟踪对象，编辑出基于模糊逻辑的控制算法。建立一个分为上下两层的控制器，上层用来分配AFS和DYC两者的权重，下层AFS和DYC对车辆的横摆角速度或质心侧偏角跟踪，分析车辆的稳定性能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景和意义 1
1.2相关文献综述 1
1.3课题研究的基本内容 3
第二章 二自由度线性车辆模型 3
2.1二自由度车辆模型介绍 4
2.2二自由度汽车模型方程 4
第三章 八自由度非线性车辆模型 6
3.1八自由度汽车模型介绍 6
3.2八自由度汽车模型运动方程 7
第四章 Dugoff轮胎模型 9
4.1 轮胎模型的发展历史 9
4.2 轮胎的侧偏特性 9
4.3 Dugoff轮胎模型 9
第五章 MATLAB/Simulink的简介 10
5.1 MATLAB的简介 11
5.2 MATLAB语言 11
5.3 Simulink的简介 11
第六章 AFS和DYC的协调控制器的设计 12
6.1车辆横摆角速度的计算 12
6.2 集成控制器的设计 13
6.3 模糊控制器的设计 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
6.31模糊控制的介绍 13
6.32模糊参数的设定 14
第七章 仿真与结果分析 16
7.1 车辆模型仿真 16
7.2 AFS+DYC协调仿真 17
7.3仿真结果分析 21
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
第一章 绪论
1.1研究背景和意义
伴随着现在汽车技术不断的发展，汽车的驾驶速度在不断加快，然而也带来了不同种类的交通事故，统计数据和研究资料已经表明,我国目前进入道路交通事故的高发期,交通安全形势十分严峻，道路的交通事故正在不断上升。而事实上，不仅仅在中国，在其他发达国家，道路交通事故也会给人们带来很多损失，每天都会有很多车祸在我们身边发生，这一些些事故的发生真的让人感到痛心。在我国大力推进科学进步的今天，我们不仅要尽最大地努力去提升道路交通安全水平，也应该更多的将安全视线聚焦在汽车自身的安全保障上。
汽车的操纵性是指汽车在行驶过程中因本身的原因或是外界的干扰而出现紧急情况后能按照驾驶员预期的轨迹行驶的能力。汽车的稳定性是指汽车在受到干扰的情况下恢复到原来运动状态的能力。改善车辆操纵稳定性，让汽车更加稳定的行驶，进一步提高汽车的行驶安全性以及乘坐的舒适性已经越来越受到人们的关注。对四轮转向的控制是提高汽车操纵稳定性和主动安全是比较普通的一种方法，可以将四轮转向系统和横摆力矩控制联合在一起，建立车辆质心侧偏角和横摆角速度包含最佳输出响应的理想车辆模型。将车辆模型与横摆力矩控制相结合，采用跟踪理想模型的横摆角速度的控制策略可以同时控制车辆的转向侧偏角和横摆角速度，并能够得到较好的瞬态与稳态响应，可以很大地减小驾驶员的操纵负担，提高了汽车的操纵稳定性.特别是在汽车高速行驶时，还能获得比较好的输出响应，有利于提高司机的驾驶安全。因此，对提高汽车的行车安全性来说，研究汽车操纵稳定性控制原理与控制策略具有重要的意义。
1.2相关文献综述
在行驶过程中，车辆的操纵是否平稳会对车辆的行驶的安全造成最直接的响应，在控制系统里包括有两个有关系的部分：第一个是车辆的操纵性：车驾驶员给出行驶的指令，车辆能够遵从并能准确地行驶的能力；第二是车辆的安全稳定性：当由于外界的原因对车辆产生了干扰，且对车辆稳定造成了影响，比如路况不好或强风的干扰，车辆能做出有效抵抗这种干扰的影响，并且能在很短的时间内恢复汽车的稳定与保持车辆继续稳定行驶的能力。
文献［1］中讲述了在20世纪初，工程师们提出了一种控制方法，就是对汽车的直接横摆力矩进行控制，这个控制可以用来提高车辆的行驶安全性和操纵稳定性。这个横摆稳定性控制方法很简单，原理就是对四个汽车车轮驱动的电机输出转矩的大小进行调控，更好的观察汽车稳态的响应，这时会出现一个新的运动类似横摆运动与汽车轮胎打滑的方向相反，让汽车按照驾驶员给定的方向稳定行驶。
对于汽车的横摆角速度的研究，国内外很多学者都进行了大量的研究。大多数国内外学者主要研究的重点都集中在直接横摆稳定性、各种轮胎模型等几个方面，并且他们都进行了大量的仿真研究。文献［2］中分析了目前国内外进行直接横摆稳定性控制的各种方法，并提出一种新的电子差速系统，这个系统可以让车辆自己去适应，驾驶员可以直接通过引导转矩来协调车辆在转向过程中出现的问题，并且能分配各个电机的转速。给出了一种稳定性控制系统，可以用于汽车的辅助驾驶。当汽车发生紧急情况时，这个控制系统就会产生作用，来帮助驾驶员对车辆进行稳定性控制，其中包括紧急刹车与躲开障碍物等。研究了一个用在汽车的新款控制方法：一种在质心侧偏角和横摆角速度为基础的卓效的控制，把质心侧偏角作为响应的直接横摆力矩控制。
文献［3］中讲述汽车的转向系统是汽车几大系统中最重要的一部分之一，转向系统的性能会直接影响汽车的操纵是否稳定。文献［4］中提出将AFS控制器可以分为上下两层控制器，下层控制器是来接收上层发出的理想角速度，而上层的理想角速度是由汽车行驶速度和方向盘的角度所得到。AFS是借助电机来控制传动比的大小，在汽车以较低速度行驶时，此时汽车方向盘的转向就和电机的方向是同一方向，使转向系统变得更加直接，即汽车转向变得轻松而且操纵性也得到了提高；汽车在高速条件下行驶时，汽车方向盘的转向和AFS输给电机的方向完全相反，使得汽车的转向产生的传动比增大，这时转向系统变得不灵活，可以更好的保护汽车行驶的稳定。同时，AFS对车辆还有帮助其稳定的作用，让车辆的操纵变得更加平顺。文献［5］中发现汽车的的轮胎承受的侧向力会出现饱和和不饱和两种情况，当侧向力在不饱和的情况下时发现AFS对汽车能进行有效的控制，然而在饱和的情况下，AFS对汽车的影响就比较小了，出现控制减弱。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景和意义 1
1.2相关文献综述 1
1.3课题研究的基本内容 3
第二章 二自由度线性车辆模型 3
2.1二自由度车辆模型介绍 4
2.2二自由度汽车模型方程 4
第三章 八自由度非线性车辆模型 6
3.1八自由度汽车模型介绍 6
3.2八自由度汽车模型运动方程 7
第四章 Dugoff轮胎模型 9
4.1 轮胎模型的发展历史 9
4.2 轮胎的侧偏特性 9
4.3 Dugoff轮胎模型 9
第五章 MATLAB/Simulink的简介 10
5.1 MATLAB的简介 11
5.2 MATLAB语言 11
5.3 Simulink的简介 11
第六章 AFS和DYC的协调控制器的设计 12
6.1车辆横摆角速度的计算 12
6.2 集成控制器的设计 13
6.3 模糊控制器的设计 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
6.31模糊控制的介绍 13
6.32模糊参数的设定 14
第七章 仿真与结果分析 16
7.1 车辆模型仿真 16
7.2 AFS+DYC协调仿真 17
7.3仿真结果分析 21
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
第一章 绪论
1.1研究背景和意义
伴随着现在汽车技术不断的发展，汽车的驾驶速度在不断加快，然而也带来了不同种类的交通事故，统计数据和研究资料已经表明,我国目前进入道路交通事故的高发期,交通安全形势十分严峻，道路的交通事故正在不断上升。而事实上，不仅仅在中国，在其他发达国家，道路交通事故也会给人们带来很多损失，每天都会有很多车祸在我们身边发生，这一些些事故的发生真的让人感到痛心。在我国大力推进科学进步的今天，我们不仅要尽最大地努力去提升道路交通安全水平，也应该更多的将安全视线聚焦在汽车自身的安全保障上。
汽车的操纵性是指汽车在行驶过程中因本身的原因或是外界的干扰而出现紧急情况后能按照驾驶员预期的轨迹行驶的能力。汽车的稳定性是指汽车在受到干扰的情况下恢复到原来运动状态的能力。改善车辆操纵稳定性，让汽车更加稳定的行驶，进一步提高汽车的行驶安全性以及乘坐的舒适性已经越来越受到人们的关注。对四轮转向的控制是提高汽车操纵稳定性和主动安全是比较普通的一种方法，可以将四轮转向系统和横摆力矩控制联合在一起，建立车辆质心侧偏角和横摆角速度包含最佳输出响应的理想车辆模型。将车辆模型与横摆力矩控制相结合，采用跟踪理想模型的横摆角速度的控制策略可以同时控制车辆的转向侧偏角和横摆角速度，并能够得到较好的瞬态与稳态响应，可以很大地减小驾驶员的操纵负担，提高了汽车的操纵稳定性.特别是在汽车高速行驶时，还能获得比较好的输出响应，有利于提高司机的驾驶安全。因此，对提高汽车的行车安全性来说，研究汽车操纵稳定性控制原理与控制策略具有重要的意义。
1.2相关文献综述
在行驶过程中，车辆的操纵是否平稳会对车辆的行驶的安全造成最直接的响应，在控制系统里包括有两个有关系的部分：第一个是车辆的操纵性：车驾驶员给出行驶的指令，车辆能够遵从并能准确地行驶的能力；第二是车辆的安全稳定性：当由于外界的原因对车辆产生了干扰，且对车辆稳定造成了影响，比如路况不好或强风的干扰，车辆能做出有效抵抗这种干扰的影响，并且能在很短的时间内恢复汽车的稳定与保持车辆继续稳定行驶的能力。
文献［1］中讲述了在20世纪初，工程师们提出了一种控制方法，就是对汽车的直接横摆力矩进行控制，这个控制可以用来提高车辆的行驶安全性和操纵稳定性。这个横摆稳定性控制方法很简单，原理就是对四个汽车车轮驱动的电机输出转矩的大小进行调控，更好的观察汽车稳态的响应，这时会出现一个新的运动类似横摆运动与汽车轮胎打滑的方向相反，让汽车按照驾驶员给定的方向稳定行驶。
对于汽车的横摆角速度的研究，国内外很多学者都进行了大量的研究。大多数国内外学者主要研究的重点都集中在直接横摆稳定性、各种轮胎模型等几个方面，并且他们都进行了大量的仿真研究。文献［2］中分析了目前国内外进行直接横摆稳定性控制的各种方法，并提出一种新的电子差速系统，这个系统可以让车辆自己去适应，驾驶员可以直接通过引导转矩来协调车辆在转向过程中出现的问题，并且能分配各个电机的转速。给出了一种稳定性控制系统，可以用于汽车的辅助驾驶。当汽车发生紧急情况时，这个控制系统就会产生作用，来帮助驾驶员对车辆进行稳定性控制，其中包括紧急刹车与躲开障碍物等。研究了一个用在汽车的新款控制方法：一种在质心侧偏角和横摆角速度为基础的卓效的控制，把质心侧偏角作为响应的直接横摆力矩控制。
文献［3］中讲述汽车的转向系统是汽车几大系统中最重要的一部分之一，转向系统的性能会直接影响汽车的操纵是否稳定。文献［4］中提出将AFS控制器可以分为上下两层控制器，下层控制器是来接收上层发出的理想角速度，而上层的理想角速度是由汽车行驶速度和方向盘的角度所得到。AFS是借助电机来控制传动比的大小，在汽车以较低速度行驶时，此时汽车方向盘的转向就和电机的方向是同一方向，使转向系统变得更加直接，即汽车转向变得轻松而且操纵性也得到了提高；汽车在高速条件下行驶时，汽车方向盘的转向和AFS输给电机的方向完全相反，使得汽车的转向产生的传动比增大，这时转向系统变得不灵活，可以更好的保护汽车行驶的稳定。同时，AFS对车辆还有帮助其稳定的作用，让车辆的操纵变得更加平顺。文献［5］中发现汽车的的轮胎承受的侧向力会出现饱和和不饱和两种情况，当侧向力在不饱和的情况下时发现AFS对汽车能进行有效的控制，然而在饱和的情况下，AFS对汽车的影响就比较小了，出现控制减弱。
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