汽車底盤關(guān)鍵子系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與集成控制研究.pdf

1、隨著人們對汽車使用性能要求越來越高，通過控制汽車的側(cè)向運(yùn)動、垂向運(yùn)動和縱向運(yùn)動來提高汽車的操縱性、乘坐舒適性和制動性能的汽車主動控制技術(shù)成為汽車工程領(lǐng)域的研究熱點。主動懸架系統(tǒng)(ASS)能根據(jù)路面狀況調(diào)整懸架的阻尼或彈簧剛度從而提高汽車的平順性；電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)根據(jù)不同車速提供不同助力力矩改善汽車的操縱性能；防抱死制動系統(tǒng)(ABS)通過防止汽車車輪在制動過程中抱死改善汽車的制動性能。然而，在研究這些主動控制系統(tǒng)時大多數(shù)文獻(xiàn)只是

2、注重其控制特性，而對控制系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性問題涉及甚少。在實際的EPS、ASS和ABS等汽車主動控制系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)的非線性、外部環(huán)境的復(fù)雜性造成的不確定性以及系統(tǒng)本身時滯等因素，常常導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定而影響系統(tǒng)的實際功能，因此在研究汽車主動控制系統(tǒng)的特性的同時，保證設(shè)計的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定應(yīng)引起足夠重視。同時，在設(shè)計單個主動控制系統(tǒng)時，往往是按照各自不同的性能指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計的，而不同系統(tǒng)間往往存在的動力學(xué)耦合關(guān)系造成整車系統(tǒng)并不一定具有良好的

3、綜合性能。因此本文為了進(jìn)一步提高汽車的綜合性能，在研究控制子系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，基于改善各控制子系統(tǒng)性能，提高整車綜合性能，進(jìn)行底盤系統(tǒng)集成控制研究顯然也是十分必要的。
　　 本文從汽車動力學(xué)系統(tǒng)理論分析角度出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)代控制理論，對底盤關(guān)鍵子系統(tǒng)及其集成控制系統(tǒng)的控制特性、子系統(tǒng)的時滯穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，將CAN總線技術(shù)應(yīng)用到集成控制系統(tǒng)中，保證了良好的通訊性能和系統(tǒng)抗干擾性能。具體主要包括以下內(nèi)容：
　　 (1)首先回

4、顧了底盤主動控制三大關(guān)鍵子系統(tǒng)(EPS、ABS和ASS)的研究現(xiàn)狀。隨后對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的必要性和研究現(xiàn)狀作了介紹，并分析了底盤集成控制的研究背景、研究現(xiàn)狀等問題，最后給出了本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點。
　　 (2)以半車為研究對象，對EPS、ABS、ASS分別建模的基礎(chǔ)上，采用不同控制算法，進(jìn)行各子控制系統(tǒng)設(shè)計并在MATLAB/SIMULINK平臺進(jìn)行仿真計算和控制特性分析。
　　 (3)針對控制子系統(tǒng)中普遍存在的

5、時滯對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，本文采用參數(shù)依賴的自由權(quán)矩陣的方法和LMI方法導(dǎo)出了時滯系統(tǒng)一個新的魯棒穩(wěn)定的充分條件，并通過該穩(wěn)定性條件對主動懸架控制系統(tǒng)和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了基于時滯分析的系統(tǒng)穩(wěn)定性評價，由于該穩(wěn)定性條件和傳統(tǒng)的穩(wěn)定性準(zhǔn)則相比具有更小的保守性，使控制子系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性得到更好的保證。
　　 (4)為改善整車動力學(xué)特性，提高汽車的綜合性能，對底盤兩系統(tǒng)集成控制就進(jìn)行了仿真研究。首先在建立整車系統(tǒng)動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，確

6、定全局控制指標(biāo)，設(shè)計了H∞魯棒控制器，對EPS系統(tǒng)與ASS系統(tǒng)進(jìn)行了集中式集成控制；然后針對集中式集成控制存在的問題，在控制體系結(jié)構(gòu)上作了進(jìn)一步改進(jìn)，在分析ABS、EPS子系統(tǒng)運(yùn)動耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上，設(shè)計出各子系統(tǒng)控制器和集成系統(tǒng)控制器，對ABS與EPS系統(tǒng)進(jìn)行分層集散控制。結(jié)果表明：汽車綜合性能得到改善，而且集散控制相比集中式集成控制，具有建模簡單，控制器設(shè)計的復(fù)雜程度低，集成控制系統(tǒng)穩(wěn)定性高，具有開放性等優(yōu)點。
　　 (5)基

7、于LabVIEW平臺進(jìn)行了ABS與EPS系統(tǒng)硬件在環(huán)試驗。通過設(shè)計ABS、EPS系統(tǒng)及集成控制器LabVIEW程序，采用PXI硬件系統(tǒng)進(jìn)行了ABS與EPS兩系統(tǒng)的硬件在環(huán)試驗，進(jìn)一步驗證集成控制策略的有效性。
　　 (6)在設(shè)計CAN通訊系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，基于ARM7平臺，進(jìn)行了ABS和EPS集成控制器的開發(fā)，并進(jìn)行實車道路試驗。試驗結(jié)果表明：基于CAN通訊的集成系統(tǒng)工作穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，集成控制策略正確有效，汽車底盤綜合性能獲得