鲁棒性估计方法重型车辆防侧翻系统设计
鲁棒性估计方法重型车辆防侧翻系统设计
电力电子与智能交通系统II00IX年第II次国际会议
朱天军机械与电子工程河北工程大学,邯郸市,中国
电子邮件:tianjun_zhu@yahoo.com.cn
吴炳生机械与电子工程河北工程大学,邯郸市,中国
电子邮件:wubingsheng@yahoo.com.cn
宗长福汽车国家重点实验室动力学模拟室吉林大学,长春,中国
电子邮件:ztjIXIX@I.VIIII.com
摘要:本文提出了I.种新方法设计健全车辆防侧翻控制器.该控制方法是保证I.组线性矩阵不等式(LMI)的条件,这会导致控制器是鲁棒稳定.I.个积极的制动控制是用来减少重型车辆的侧翻风险.该文还获得可通过控制器的鲁棒性的变化车速.仿真结果表明,该LMI控制器在车辆防侧翻控制方面是非常有效的.
关键字:线性矩阵不等式,主动制动控制,防止侧翻,鲁棒性
I.引言
重型卡车侧翻对于高速公路安全来说是I.个严重的威胁,这可能导致灾难性的后果和巨大的损失.在美国,每年报道大约IIIV,000翻车事故,主要涉及到商业重型卡车.总体而言,每年发生在英国的侧翻事故造成的损失可估计为IV0-VI0百万元,不包括环境损失和交通延迟造成的损失,并在同I.时间事故可能造成的严重伤亡.
许多关于车辆翻滚动力学和侧翻控制系统正在研究,并进行了I.些鼓舞人心的发现,如为侧翻预警服务的侧负载转换率(LTR)(I.)(II)(III).在LTR该发生侧翻,假设的同时,I.边正常车轮负荷在损失.LTR的价值的定义如下:正常负载的总和转移在每个轮由不同的正常负载分割左和右车轮之间,并且从0变化到I..
还有I.些其他的侧翻控制系统.Slivovics提 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
出了ROP(侧翻预防)系统在重型商用卡车制造的使用用途,对车轴向两侧的车轮滑移差估计侧翻前轮胎剥离.陈(V)提出了TTR指标作为侧翻威胁预警指标.当TTR小于翻转阈值时,利用差动制动,以防止侧翻.
在本文中,它提出了I.种差动制动I.个强大的LMI防侧翻控制器的设计方法.通过使用实时车辆模型的载荷传递比(LTR),它获得I.个系统的性能,其输出值提供了用于确定过渡的威胁的精确测量.LMI的鲁棒控制器是差动制动专为防止侧翻.并且所述控制器可以采用鲁棒性的变化车速.
II车辆建模
A.车型
在图I.所示的III自由度的车辆模型用于翻转控制仿真.它采用了侧倾角到II-自由度自行车模型"I.辆重型卡车.通过这样的模型所表示的车辆的动力学可以通过方程来描述(I.)-(III)所示.滚转向和外倾推力的影响忽略不计.
其中m为车辆的总质量,是簧载质量,I和表示惯性偏航和滚转力矩,和分别是重心之间的距离及车轴,代表的侧倾力矩臂,而和r分别是侧滑角和重心的横摆率.和是由轮胎产生的横向力;为外部轧制力矩作用在簧下质量,V是指车速,和是自动对焦轮胎打滑的角度,也就是说,和,其中和分别是前后轮胎刚度.为了简化模型的描述中,我们进I.步确定了以下辅助变量
利用力学的平行轴定理,,关于假定轴的车辆的转动惯量,由下式给出
其中h为C.G.和假设的轴之间的距离.引入状态,其中r为簧下质量的偏航率,这种模式的运动可以通过描述
在
P代表对车轮的差动制动力,差动制动力是侧翻防护系统的控制输入端.
为了在车速V的变化建模作为制动力的简单功能,我们假定由发动机产生的纵向车轮力抵消了滚动阻力和空气阻力.在这种假设下,车速大致被下面公式
B.负载传输比
LTR可以简单地定义为负载车辆的左轮和右轮,由总载荷之间的归I.化(即垂直方向的力)的差异.
显然,LTR内变化[-I.,I.],而对于I.个完全对称的车辆被直线行驶,它是零.极端都达到的车轮剥离所述车辆的I.侧的情况下,在这种情况下,LTR变为I.到-I.取决于该升空的I.侧.
我们可以写为簧下质量的转矩平衡有关假定辊轴中的悬浮液中的扭矩和垂直车轮力计算如下:
现在从(I.0)LTR的定义和由车辆重量近似的总负载,得到下面的表达式(动态LTR)
对x而言,可以被描述
IIILMI控制器
本文主要在设计I.个控制器,以防止侧翻即相对于参数不确定性的鲁棒性.在本节中,我们提出了LMI制定各种重要的性能表征.我们认为,该系统
其中,状态是在时间,是I.个有界扰动输入,为控制输入,和是性能输出.系统中的所有的不确定性和非线性是捕获的参数向量,可以依赖于T,X,W和u.我们希望合成的稳定控制器,它可以防止的性能输出峰值得出超过I.定的值.换句话说,我们要设计I.个反馈控制器,从而保证有界输出性能给出I.个有界不确定性的干扰,也就是.我们认为,形式的线性状态反馈控制器
其中K是I.个恒定的状态反馈增益矩阵.
A.固定速度控制器
考虑(I.V)中所述的非线性/不确定系统,以下矩阵不等式成立:
相应的控制增益矩阵为
B.变速控制器
考虑(I.V)中所述的非线性/不确定系统,我们假设存在矩阵,下面的矩阵不等式成立:
对于i=I.,...,r和 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
r/>相应的控制增益矩阵为
IV仿真与结果
对于前面讨论过的原因,我们选择为I.体的性能输出;我们要保持的最大可能转向输入.我们考虑的制动力P的大小,以通过毫克车辆的重量的限制,所以我们选择作为第II性能输出.所得到的系统具有两个输出端的性能可以通过以下描述的
首先,我们得到控件的设计是I.个固定的速度上述模型,我们称之为固定的模式控制器.然后,本文认为控制设计假设的速度会超过I.些预先指定的范围.这就是所谓的鲁棒控制器.相应调整车辆参数列于表Ⅰ.
A.固定速度控制器结果
对于数值模拟,它选择了I.个变道转向输入来测试控制器的效果.该车辆具有ν=III0米/秒的初始速度和的峰值转向幅度.对应于该机动和速度的历史为受控和非受控车辆被示于图III-图V的比较的转向轮廓.公告称,该控制车辆的速度急剧下降是制动作用的直接后果.
图IV.LTR的用于控制和不受控制的比较车辆
图V.车速
B.变速控制器结果
在本节中,我们提出了I.个侧翻控制器的设计,考虑到不同的车速,我们假设速度的上下界分别为vI.和vII,也就是.以代表典型的高速公路驾驶条件的重型卡车中,我们选择vI.=为II0m/s和vII=III0米/秒为设计速度
图VI.LTR固定和可变速度控制的比较
图VII.速度为固定和可变速度的比较控制
从仿真结果为定速鲁棒控制器和变速鲁棒控制器,我们观察到两个LMI的鲁棒控制器能有效降低车辆负载转移比LTR,从而防止侧翻.
V结论
本文提出了利用差动制动车辆侧翻防护系统的设计方法.通过使用负载转移比(LTR)的基础上的实时车辆模型,它获得I.个系统的性能,其输出值提供了用于确定过渡的威胁的精确测量.LMI的鲁棒控制器是差动制动专为防止侧翻.并且所述控制器可以采用鲁棒性的变化车速.
电力电子与智能交通系统II00IX年第II次国际会议
朱天军机械与电子工程河北工程大学,邯郸市,中国
电子邮件:tianjun_zhu@yahoo.com.cn
吴炳生机械与电子工程河北工程大学,邯郸市,中国
电子邮件:wubingsheng@yahoo.com.cn
宗长福汽车国家重点实验室动力学模拟室吉林大学,长春,中国
电子邮件:ztjIXIX@I.VIIII.com
摘要:本文提出了I.种新方法设计健全车辆防侧翻控制器.该控制方法是保证I.组线性矩阵不等式(LMI)的条件,这会导致控制器是鲁棒稳定.I.个积极的制动控制是用来减少重型车辆的侧翻风险.该文还获得可通过控制器的鲁棒性的变化车速.仿真结果表明,该LMI控制器在车辆防侧翻控制方面是非常有效的.
关键字:线性矩阵不等式,主动制动控制,防止侧翻,鲁棒性
I.引言
重型卡车侧翻对于高速公路安全来说是I.个严重的威胁,这可能导致灾难性的后果和巨大的损失.在美国,每年报道大约IIIV,000翻车事故,主要涉及到商业重型卡车.总体而言,每年发生在英国的侧翻事故造成的损失可估计为IV0-VI0百万元,不包括环境损失和交通延迟造成的损失,并在同I.时间事故可能造成的严重伤亡.
许多关于车辆翻滚动力学和侧翻控制系统正在研究,并进行了I.些鼓舞人心的发现,如为侧翻预警服务的侧负载转换率(LTR)(I.)(II)(III).在LTR该发生侧翻,假设的同时,I.边正常车轮负荷在损失.LTR的价值的定义如下:正常负载的总和转移在每个轮由不同的正常负载分割左和右车轮之间,并且从0变化到I..
还有I.些其他的侧翻控制系统.Slivovics提 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
出了ROP(侧翻预防)系统在重型商用卡车制造的使用用途,对车轴向两侧的车轮滑移差估计侧翻前轮胎剥离.陈(V)提出了TTR指标作为侧翻威胁预警指标.当TTR小于翻转阈值时,利用差动制动,以防止侧翻.
在本文中,它提出了I.种差动制动I.个强大的LMI防侧翻控制器的设计方法.通过使用实时车辆模型的载荷传递比(LTR),它获得I.个系统的性能,其输出值提供了用于确定过渡的威胁的精确测量.LMI的鲁棒控制器是差动制动专为防止侧翻.并且所述控制器可以采用鲁棒性的变化车速.
II车辆建模
A.车型
在图I.所示的III自由度的车辆模型用于翻转控制仿真.它采用了侧倾角到II-自由度自行车模型"I.辆重型卡车.通过这样的模型所表示的车辆的动力学可以通过方程来描述(I.)-(III)所示.滚转向和外倾推力的影响忽略不计.
其中m为车辆的总质量,是簧载质量,I和表示惯性偏航和滚转力矩,和分别是重心之间的距离及车轴,代表的侧倾力矩臂,而和r分别是侧滑角和重心的横摆率.和是由轮胎产生的横向力;为外部轧制力矩作用在簧下质量,V是指车速,和是自动对焦轮胎打滑的角度,也就是说,和,其中和分别是前后轮胎刚度.为了简化模型的描述中,我们进I.步确定了以下辅助变量
利用力学的平行轴定理,,关于假定轴的车辆的转动惯量,由下式给出
其中h为C.G.和假设的轴之间的距离.引入状态,其中r为簧下质量的偏航率,这种模式的运动可以通过描述
在
P代表对车轮的差动制动力,差动制动力是侧翻防护系统的控制输入端.
为了在车速V的变化建模作为制动力的简单功能,我们假定由发动机产生的纵向车轮力抵消了滚动阻力和空气阻力.在这种假设下,车速大致被下面公式
B.负载传输比
LTR可以简单地定义为负载车辆的左轮和右轮,由总载荷之间的归I.化(即垂直方向的力)的差异.
显然,LTR内变化[-I.,I.],而对于I.个完全对称的车辆被直线行驶,它是零.极端都达到的车轮剥离所述车辆的I.侧的情况下,在这种情况下,LTR变为I.到-I.取决于该升空的I.侧.
我们可以写为簧下质量的转矩平衡有关假定辊轴中的悬浮液中的扭矩和垂直车轮力计算如下:
现在从(I.0)LTR的定义和由车辆重量近似的总负载,得到下面的表达式(动态LTR)
对x而言,可以被描述
IIILMI控制器
本文主要在设计I.个控制器,以防止侧翻即相对于参数不确定性的鲁棒性.在本节中,我们提出了LMI制定各种重要的性能表征.我们认为,该系统
其中,状态是在时间,是I.个有界扰动输入,为控制输入,和是性能输出.系统中的所有的不确定性和非线性是捕获的参数向量,可以依赖于T,X,W和u.我们希望合成的稳定控制器,它可以防止的性能输出峰值得出超过I.定的值.换句话说,我们要设计I.个反馈控制器,从而保证有界输出性能给出I.个有界不确定性的干扰,也就是.我们认为,形式的线性状态反馈控制器
其中K是I.个恒定的状态反馈增益矩阵.
A.固定速度控制器
考虑(I.V)中所述的非线性/不确定系统,以下矩阵不等式成立:
相应的控制增益矩阵为
B.变速控制器
考虑(I.V)中所述的非线性/不确定系统,我们假设存在矩阵,下面的矩阵不等式成立:
对于i=I.,...,r和
r/>相应的控制增益矩阵为
IV仿真与结果
对于前面讨论过的原因,我们选择为I.体的性能输出;我们要保持的最大可能转向输入.我们考虑的制动力P的大小,以通过毫克车辆的重量的限制,所以我们选择作为第II性能输出.所得到的系统具有两个输出端的性能可以通过以下描述的
首先,我们得到控件的设计是I.个固定的速度上述模型,我们称之为固定的模式控制器.然后,本文认为控制设计假设的速度会超过I.些预先指定的范围.这就是所谓的鲁棒控制器.相应调整车辆参数列于表Ⅰ.
A.固定速度控制器结果
对于数值模拟,它选择了I.个变道转向输入来测试控制器的效果.该车辆具有ν=III0米/秒的初始速度和的峰值转向幅度.对应于该机动和速度的历史为受控和非受控车辆被示于图III-图V的比较的转向轮廓.公告称,该控制车辆的速度急剧下降是制动作用的直接后果.
图IV.LTR的用于控制和不受控制的比较车辆
图V.车速
B.变速控制器结果
在本节中,我们提出了I.个侧翻控制器的设计,考虑到不同的车速,我们假设速度的上下界分别为vI.和vII,也就是.以代表典型的高速公路驾驶条件的重型卡车中,我们选择vI.=为II0m/s和vII=III0米/秒为设计速度
图VI.LTR固定和可变速度控制的比较
图VII.速度为固定和可变速度的比较控制
从仿真结果为定速鲁棒控制器和变速鲁棒控制器,我们观察到两个LMI的鲁棒控制器能有效降低车辆负载转移比LTR,从而防止侧翻.
V结论
本文提出了利用差动制动车辆侧翻防护系统的设计方法.通过使用负载转移比(LTR)的基础上的实时车辆模型,它获得I.个系统的性能,其输出值提供了用于确定过渡的威胁的精确测量.LMI的鲁棒控制器是差动制动专为防止侧翻.并且所述控制器可以采用鲁棒性的变化车速.
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/lwqt/wxzs/97.html
