基于多体动力学的控制系统联合仿真
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
田１
口
ＡＢＳ错动系统模扳
件在环仿真”１。文献［５，６］对防抱死制动系统
（Ａｎｔｉ－ｌｏｃｋｅｄ ｂｒａｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ＡＢＳ）电磁阀特性进
制动钳通过输人通讯器与悬挂系统立柱连 接．制动盘通过输人通讯器安装在车轮上。根据 制动踏板力与前后制动管路压力传递的定量关系 确定制动器上的正压力．由制动钳的位置等信息 确定制动力矩的大小，将制动力矩施加到车轴上， 并通过ＡＢＳ开关信号控制车轮滑移率。 盘式制动器相对于鼓式制动嚣受温度和速度 的影响较小，制动力矩可由式（１）计算：
２．１名义值确定 在轮胎侧偏刚度一定的情况下，对于普通驾驶 员来讲，汽车的转向响应与转向盘转角输人呈线性 关系，故忽略转向系统的影响．直接以前轮转角作 为输入；忽略悬架作用、轮胎的非线性特性和轮胎 回正力矩的作用等因素，侧向力与其相应的侧偏角 呈线性关系，此时车辆可进一步简化为线性二自由
度车辆模型——只有沿ｙ轴的侧向运动和绕ｚ轴
ｐｒｏｇｒａｍ（ＥＳＰ）ｉｓ
ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ
ａｎｄ
ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｏｒｙ．Ｉｎ ｔｈｅ ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｅｎｖｉ－ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ＥＳＰ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｔｅｓｔ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ
２１５
平台，通过ｐｌａｎｔ Ｅｘｐｏｒｔ模板建立８个输入变量和
９个输出变量．如图２。
Ｍｍ
Ｃｌ∞ｋ
Ｔ
Ｔｏ№ｂ…ＤＣｔｌＩＵＸ
输＾变艇：Ｉ—Ｈ个牟轮∞ＡＢ￥＊移率控制器形状信号；５—８一由控制器反馈的４十车轮将施加的制动力《
输出变量】－４—４十车轮的侧偏罱，｝＿《车纵向车速；６一整车僦向加速度；７前转向轮转向角；
ｉｎｔｅｇｒａｌ
ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ，ＰＩＤ）控
制。系统的直接横摆力偶矩包括控制横摆、侧偏 和侧翻３部分”Ｊ。Ａｍｏｎ总结了Ｂｏｓｃｈ公司ＥＳＰ 开发的经验，说明侧偏角是汽车操纵稳定性的一 个重要指标，通过预先设定的控制策略对单个车 轮滑移的控制，可以控制车辆的侧偏角和横摆力 矩”】。Ｈｕｉｙｉ运用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件建立了十六自由 度的汽车动力学模型，进行了ＥＳＰ控制策略的硬
式中：Ａ为制动钳与制动盘的接触面积；虬为单 个车轮制动器中制动钳的数量；ｐ为制动钳和制 动盘之间的摩擦系数；ｓ为有效摩擦半径；∞为制 动效率；只为轮缸制动压力。 在ＭＳＣ ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ中建立制动系统模型． 每个车轮系统上都有５个系统状态变量，分别为： 实现ＥＳＰ系统功能而构造的变量ａｄｄ—ｂｒａｋｅ（由 滑移率增量产生的制动压强增量）和ｔｒｉｇｇｅｒ— ｓｉｇｎａｌ（ＡＢＳ滑移率控制器开关信号），制动系统本 身定义的变量ｌｉｎｅ—ｐ础ｓｓｕｒｅ（制动软管压强）、 ｂｒａｋｅ＿ｔｏｒｑｕｅ（制动力矩）和ｗｈｅｅｌ—ｏｍｅｇａ（车轮转 速）。系统状态变量用来定义和构造联合仿真控 制平台（ｃｏｎｔｒｏｌ—ｐｌａｔｅ），通过ＭＳＣ
ｏｎ
ｔｈｅ ｍｕｈｉ—ｂｏｄｙ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＭＳＣ．ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ，ａ ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｙｎａｍｉｃ
＂ｗｉｔｈ ａｎｔｉ－ｌｏｃｋｅｄ ｂｒａｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂｒａｋｉｎｇ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅ ｓｔａｂｉｈｔｙ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｏｒｙ ｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ
万方数据
２１４
南京理工大学学报
第３５卷第２期
力学控制（Ｖｅｈｉｃｌｅ
ｄｙｎａｍｉｃｓ
ｃｏｎｔｒｏｌ，ＶＤＣ）的控制
体动力学模型建立的关键。 ＥＳＰ制动力控制基于ＡＢＳ系统，由于需要精 确控制每个车轮的制动力才能达到较好的控制效 果，故本文采取ＡＢＳ四通道独立控制盘式制动 器．如图１所示。
算法，包括横摆角速度跟踪的算法、为路径跟踪而 开发的侧偏角减小算法和侧翻防止算法，算法以 侧』甸加速度作为侧翻控制的反馈信号，采用比例 积分微分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ
ｉｎｔｅｇｒａｌ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；
ｐｒｏｇｒａｍ；ｍｕｈｉｂｏｄｙ ｄｙｎａｍｉｃｓ；ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ
电子稳定性程序（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ｐｒｏｇｒａｍ，
等人使用滑模控制理论实现了直接横摆力矩控 制，克服了一些不确定因素的影响，使得控制的鲁 棒性大大改善‘¨。Ｂｏ—Ｃｈｉｕａｎ和Ｐｅｎｇ提出车辆动
ＥＳＰ）是汽车主动安全的关键技术，国内外研究人 员对ＥＳＰ控制开展了大量研究工作。Ｓｈｉｂａｈａｔａ
收稿日期：２０１０—０５—２０
修回日期：２０１０—０６—２８
基金项目：吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室开放基金（２００７１１０１） 作者简介：王良模（１９６３一），男，博士，教授，主要研究方向：车辆系统动力学、车辆动态仿真、车辆测控技术。Ｅ— ｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｍｏ＠ｍａｉｌ．ｎｊ，ｍｔ．ｅｄｕ．ｃｎｏ
ＡＤＡＭＳ／Ｃｏｎｔｒａｌ
多体动力学模型建立
１．１整车多体动力学模型 利用ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ模块和ＡＤＡＭＳ软件提供 的约束（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ）库，分别建立车身系统、动力 传动系统、前后悬架系统、制动系统、转向系统和 轮胎系统模型，井引Ａ路面等外部条件的约束建 立轿车整车多体模型”’。 轮胎采用Ｐａｃｅｊｋａ魔术公式模型”１．制动系 统采取ＡＢＳ四通道独立控制盘式制动器，其他子 系统按照ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ根据实车数据建立。 车辆不同状况行驶由Ｆｉｌｅ
Ｅ
Ｅ和ＣＥ的模糊集为：｛ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＯ，ＰＳ， ＰＭ，ＰＢ｝；基本论域均为：［一ｌ，１］；Ｕ的模糊集为： ｛ｚ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢｌ；基本论域均为：［０，１］；模糊规 则表示为“ｉｆ…ｔｈｅｎ…”条件语句。更清楚的表 示是，对多个变化条件的前提经推理产生一个决 策结果。表ｌ是模糊控制器的模糊规则表。
Ｄｒｉｖｅｎ Ｅｖｅｎｔｓ和
模块与ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ实现联合仿真。 １．３联台仿真输入输出变量的选取 ＡＤＡＭＳ／Ｃｏｎｔｒｏｌｓ是ＡＤＡＭＳ软件对带有控制 系统的复杂机械系统进行建模和仿真分析的基本 环节之一。利用ＡＤＡＭＳ／Ｃｏｎｔｒｏｌｓ模块进行设计 和建模．以ＭＡＴＬＡＢ为基础建立控制模块，作为 ＡＤＡＭＳ的捕件使用。通过ＡＤＡＭＳ／Ｃｏｎｔｒｏｌｓ接口 将ＡＤＡＭＳ中的汽车模型作为Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ导人 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ控制系统．进行控制系统联合 仿真分析。利用ＡＤＡＭＳ／Ｃｏｎｔｒｏｌｓ插件建立控制
Ｊｏｉｎｔ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＥＳＰ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
Ｍｕｌｔｉｂｏｄｙ Ｄｙｎａｌｎｉｃｓ
ＷＡＮＧ Ｌｉａｎｇ．ｎ０１＇２，ＡＮ Ｌｉ．ｈｕａｌ，ＷＵ Ｚｈｉ．１ｉｎｌ，ＭＡ Ｃｈｕｎ．ｈｕｉ’’３，ＬＩ Ｌｉｌ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮＵＳＴ，Ｎａｎｊｉｎ９２１００９４，Ｃｈｉｎａ； Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１７０，Ｃｈｉｎａ） ｍｅｄａｌ
Ｌ＝＾・ｎ。－ｐ－・ｓ・＂・Ｐ＾ （１）
行ｒ深人研究，并对ＥＳＰ控制算法及控制策略进 行了相关研究；李幼德等对ＥＳＰ控制算法和控制 系统硬件在环仿真进行了相关研究“。 汽车是一个复杂的非线性系统，常用的二自 由度、七自由度汽车动力学模型较为简单，无法全 面表达汽车在各种极限工况下的运动情况。本文 基于现代控制理论设计ＥＳＰ控制方法，在 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｌａｋ和多体动力学软件ＭＳＣ ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ环境下，分别建立ＥＳＰ控制系统和整 车多体动力学模型，将ＥＳＰ控制系统装配在多体 动力学模型上．进行汽车操纵稳定性的仿真试验， 验证所设计的ＥＳＰ控制系统的准确性和可靠性。 １
摘要：该文基于多体动力学软件ＭＳＣ．ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ，建立了舍有防抱死制动子系统的整车动 力学模型，根据汽车稳定性控制的基本原理，运用模糊控制和比例积分微分控制理论设计了电 子稳定性程序（ＥＳＰ）控制系统。在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下，建立了ＥＳＰ控制系统和车辆动 力学模型的联合仿真模型，并进行多种工况下的汽车操纵稳定性仿真试验。结果表明，所设计 的ＥＳＰ控制系统能有效地控制汽车的侧向加速度。且轨迹跟随性较好。 关键词：电子稳定性程序；多体动力学；比例积分微分控制；模糊控制 中图分类号：Ｕ４６７ 文章编号：１００５—９８３０（２０１１）０２—０２１３—０６
８一整车横摆角速度；卜整车质心侧偏角
朗２输入输出变量
速度和质心侧偏角之间的线性关系。因此，采爿ｊ两 ２
ＥＳＰ控制系统设计
自由度车辆模型作为计算ＥＳＰ控制算法中的横摆 角速度和质心侧偏角名义值的依据。 ２．２控制系统总体结构设计 所设计的ＥＳＰ控制算法总体结构如图３所 示，ＥＳＰ控制算法采取分层结构设计。横摆力矩 控制为第一控制层，是以整车姿态为控制对象；车 轮滑移率控制器（制动压力）为第二控制层．是以 车轮为控制对象．根据第一控制层计算的目标滑 移率增量和实际车轮滑移率，确定每一车轮的制 动力大小，从而可以确定每一车轮的制动压强和 制动电磁阀的开关时间；第三控制层控制对象为 电磁阀、泵等硬件。
ＡＤＡＭＳ／ＳｍａｒｔＤｒｉｖｅｒ模块仿真驾驶员操纵，可以开 环或者闭环控制油门、方向盘、离合器和变速器等。
１．２
ＡＢＳ制动子系统的建模 制动子系统是整个控制系统的执行机构，所
有的控制执行通过４个制动器实现，它是整车多
万方数据
பைடு நூலகம்
总第１７７期
王良模安ｌｊ｜ｉ华吴志林马春卉半力基于多体动力学的ＥＳｐ控制系统联合仿真
ｄｙｎａｍｉｃｓ
ｍｏｄｅｌ御ｌｅ
ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｆｉｎｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ
ｈａｎｄｌｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ＥＳＰ
ｃａｎ
ｉｎ
ａ
ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｓ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ
表１模糊规则
Ｃ，
算法。纵向附着系数与滑移率的关系用魔术公式 表示为 妒（Ａ）２９０＋Ｄｌ ｓｉｎ｛ＣＩａｒｃｔａｎ［ＢＩＡ一 层１（Ｂｌ－ａｒｃｔａｎＢｌＡ）］｝ （２） 式中：‰为车轮在纯滚动时的附着系数；Ｄ．、Ｃ。、 丑。和Ｅ。是与路面有关的常数，通过改变这些常 数，可以模拟不同的路面附着系数。 （３）实际质心侧偏角口的估算¨２｜。当汽车处 于稳定状态时，通过观测器观察质心侧偏角数值； 失稳时，通过公式计算：
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｌａｔｅｒａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ
ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｄｙ．
的横摆运动”…。两自由度线性单轨模型可以反映 驾驶员的转向输入以及侧向加速度与车辆横摆角
第一目
圈３本文ＥＳＰ系统控耕算法结构
万方数据
２１６
南京理工大学学报
第３５卷第２期
控制系统中，可以由传感器直接得到的变量 为：侧向加速度ａ小前轮转角６、实际横摆角速度 ∞，和４个车轮的角速度／．ｏｉ（ｉ＝１，２，３，４）。 通过估算得到的变量为：实时车速％、路面附 着系数纵实际质心侧偏角卢。 （１）实时车速％采用ＡＢＳ车速估算方法中 最大轮速与斜率法相结合的综合估算算法［１１｜。 （２）路面附着系数妒的估算采用魔术公式【９】
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎｌ３００２５，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｈｉｐｓ ａｎｄ Ｈａｒｂｏｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｍａｒｉｔｉｎｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ
第３５卷第２期 ２０１ １年４月
南京理工大学学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖ０１．３５
Ｎｏ．２
Ａｐｒ．２０１ １
基于多体动力学的ＥＳＰ 控制系 统联合仿真
王良模１’２，安丽华１，吴志林１，马春卉１’３，李力１
（１．南京理工大学机械工程学院，江苏南京２１００９４；２．汽车动态模拟国家重点实验室，吉林长春１３００２５； ３．江苏海事职业技术学院船舶与港口工程系，江苏南京２ｌｌ １７０）
口
ＡＢＳ错动系统模扳
件在环仿真”１。文献［５，６］对防抱死制动系统
（Ａｎｔｉ－ｌｏｃｋｅｄ ｂｒａｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ＡＢＳ）电磁阀特性进
制动钳通过输人通讯器与悬挂系统立柱连 接．制动盘通过输人通讯器安装在车轮上。根据 制动踏板力与前后制动管路压力传递的定量关系 确定制动器上的正压力．由制动钳的位置等信息 确定制动力矩的大小，将制动力矩施加到车轴上， 并通过ＡＢＳ开关信号控制车轮滑移率。 盘式制动器相对于鼓式制动嚣受温度和速度 的影响较小，制动力矩可由式（１）计算：
２．１名义值确定 在轮胎侧偏刚度一定的情况下，对于普通驾驶 员来讲，汽车的转向响应与转向盘转角输人呈线性 关系，故忽略转向系统的影响．直接以前轮转角作 为输入；忽略悬架作用、轮胎的非线性特性和轮胎 回正力矩的作用等因素，侧向力与其相应的侧偏角 呈线性关系，此时车辆可进一步简化为线性二自由
度车辆模型——只有沿ｙ轴的侧向运动和绕ｚ轴
ｐｒｏｇｒａｍ（ＥＳＰ）ｉｓ
ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ
ａｎｄ
ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｏｒｙ．Ｉｎ ｔｈｅ ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｅｎｖｉ－ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ＥＳＰ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｔｅｓｔ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ
２１５
平台，通过ｐｌａｎｔ Ｅｘｐｏｒｔ模板建立８个输入变量和
９个输出变量．如图２。
Ｍｍ
Ｃｌ∞ｋ
Ｔ
Ｔｏ№ｂ…ＤＣｔｌＩＵＸ
输＾变艇：Ｉ—Ｈ个牟轮∞ＡＢ￥＊移率控制器形状信号；５—８一由控制器反馈的４十车轮将施加的制动力《
输出变量】－４—４十车轮的侧偏罱，｝＿《车纵向车速；６一整车僦向加速度；７前转向轮转向角；
ｉｎｔｅｇｒａｌ
ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ，ＰＩＤ）控
制。系统的直接横摆力偶矩包括控制横摆、侧偏 和侧翻３部分”Ｊ。Ａｍｏｎ总结了Ｂｏｓｃｈ公司ＥＳＰ 开发的经验，说明侧偏角是汽车操纵稳定性的一 个重要指标，通过预先设定的控制策略对单个车 轮滑移的控制，可以控制车辆的侧偏角和横摆力 矩”】。Ｈｕｉｙｉ运用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件建立了十六自由 度的汽车动力学模型，进行了ＥＳＰ控制策略的硬
式中：Ａ为制动钳与制动盘的接触面积；虬为单 个车轮制动器中制动钳的数量；ｐ为制动钳和制 动盘之间的摩擦系数；ｓ为有效摩擦半径；∞为制 动效率；只为轮缸制动压力。 在ＭＳＣ ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ中建立制动系统模型． 每个车轮系统上都有５个系统状态变量，分别为： 实现ＥＳＰ系统功能而构造的变量ａｄｄ—ｂｒａｋｅ（由 滑移率增量产生的制动压强增量）和ｔｒｉｇｇｅｒ— ｓｉｇｎａｌ（ＡＢＳ滑移率控制器开关信号），制动系统本 身定义的变量ｌｉｎｅ—ｐ础ｓｓｕｒｅ（制动软管压强）、 ｂｒａｋｅ＿ｔｏｒｑｕｅ（制动力矩）和ｗｈｅｅｌ—ｏｍｅｇａ（车轮转 速）。系统状态变量用来定义和构造联合仿真控 制平台（ｃｏｎｔｒｏｌ—ｐｌａｔｅ），通过ＭＳＣ
ｏｎ
ｔｈｅ ｍｕｈｉ—ｂｏｄｙ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＭＳＣ．ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ，ａ ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｙｎａｍｉｃ
＂ｗｉｔｈ ａｎｔｉ－ｌｏｃｋｅｄ ｂｒａｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂｒａｋｉｎｇ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅ ｓｔａｂｉｈｔｙ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｏｒｙ ｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ
万方数据
２１４
南京理工大学学报
第３５卷第２期
力学控制（Ｖｅｈｉｃｌｅ
ｄｙｎａｍｉｃｓ
ｃｏｎｔｒｏｌ，ＶＤＣ）的控制
体动力学模型建立的关键。 ＥＳＰ制动力控制基于ＡＢＳ系统，由于需要精 确控制每个车轮的制动力才能达到较好的控制效 果，故本文采取ＡＢＳ四通道独立控制盘式制动 器．如图１所示。
算法，包括横摆角速度跟踪的算法、为路径跟踪而 开发的侧偏角减小算法和侧翻防止算法，算法以 侧』甸加速度作为侧翻控制的反馈信号，采用比例 积分微分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ
ｉｎｔｅｇｒａｌ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；
ｐｒｏｇｒａｍ；ｍｕｈｉｂｏｄｙ ｄｙｎａｍｉｃｓ；ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ
电子稳定性程序（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ｐｒｏｇｒａｍ，
等人使用滑模控制理论实现了直接横摆力矩控 制，克服了一些不确定因素的影响，使得控制的鲁 棒性大大改善‘¨。Ｂｏ—Ｃｈｉｕａｎ和Ｐｅｎｇ提出车辆动
ＥＳＰ）是汽车主动安全的关键技术，国内外研究人 员对ＥＳＰ控制开展了大量研究工作。Ｓｈｉｂａｈａｔａ
收稿日期：２０１０—０５—２０
修回日期：２０１０—０６—２８
基金项目：吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室开放基金（２００７１１０１） 作者简介：王良模（１９６３一），男，博士，教授，主要研究方向：车辆系统动力学、车辆动态仿真、车辆测控技术。Ｅ— ｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｍｏ＠ｍａｉｌ．ｎｊ，ｍｔ．ｅｄｕ．ｃｎｏ
ＡＤＡＭＳ／Ｃｏｎｔｒａｌ
多体动力学模型建立
１．１整车多体动力学模型 利用ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ模块和ＡＤＡＭＳ软件提供 的约束（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ）库，分别建立车身系统、动力 传动系统、前后悬架系统、制动系统、转向系统和 轮胎系统模型，井引Ａ路面等外部条件的约束建 立轿车整车多体模型”’。 轮胎采用Ｐａｃｅｊｋａ魔术公式模型”１．制动系 统采取ＡＢＳ四通道独立控制盘式制动器，其他子 系统按照ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ根据实车数据建立。 车辆不同状况行驶由Ｆｉｌｅ
Ｅ
Ｅ和ＣＥ的模糊集为：｛ＮＢ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＯ，ＰＳ， ＰＭ，ＰＢ｝；基本论域均为：［一ｌ，１］；Ｕ的模糊集为： ｛ｚ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＢｌ；基本论域均为：［０，１］；模糊规 则表示为“ｉｆ…ｔｈｅｎ…”条件语句。更清楚的表 示是，对多个变化条件的前提经推理产生一个决 策结果。表ｌ是模糊控制器的模糊规则表。
Ｄｒｉｖｅｎ Ｅｖｅｎｔｓ和
模块与ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ实现联合仿真。 １．３联台仿真输入输出变量的选取 ＡＤＡＭＳ／Ｃｏｎｔｒｏｌｓ是ＡＤＡＭＳ软件对带有控制 系统的复杂机械系统进行建模和仿真分析的基本 环节之一。利用ＡＤＡＭＳ／Ｃｏｎｔｒｏｌｓ模块进行设计 和建模．以ＭＡＴＬＡＢ为基础建立控制模块，作为 ＡＤＡＭＳ的捕件使用。通过ＡＤＡＭＳ／Ｃｏｎｔｒｏｌｓ接口 将ＡＤＡＭＳ中的汽车模型作为Ｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ导人 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ控制系统．进行控制系统联合 仿真分析。利用ＡＤＡＭＳ／Ｃｏｎｔｒｏｌｓ插件建立控制
Ｊｏｉｎｔ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＥＳＰ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
Ｍｕｌｔｉｂｏｄｙ Ｄｙｎａｌｎｉｃｓ
ＷＡＮＧ Ｌｉａｎｇ．ｎ０１＇２，ＡＮ Ｌｉ．ｈｕａｌ，ＷＵ Ｚｈｉ．１ｉｎｌ，ＭＡ Ｃｈｕｎ．ｈｕｉ’’３，ＬＩ Ｌｉｌ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮＵＳＴ，Ｎａｎｊｉｎ９２１００９４，Ｃｈｉｎａ； Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１７０，Ｃｈｉｎａ） ｍｅｄａｌ
Ｌ＝＾・ｎ。－ｐ－・ｓ・＂・Ｐ＾ （１）
行ｒ深人研究，并对ＥＳＰ控制算法及控制策略进 行了相关研究；李幼德等对ＥＳＰ控制算法和控制 系统硬件在环仿真进行了相关研究“。 汽车是一个复杂的非线性系统，常用的二自 由度、七自由度汽车动力学模型较为简单，无法全 面表达汽车在各种极限工况下的运动情况。本文 基于现代控制理论设计ＥＳＰ控制方法，在 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｌａｋ和多体动力学软件ＭＳＣ ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ环境下，分别建立ＥＳＰ控制系统和整 车多体动力学模型，将ＥＳＰ控制系统装配在多体 动力学模型上．进行汽车操纵稳定性的仿真试验， 验证所设计的ＥＳＰ控制系统的准确性和可靠性。 １
摘要：该文基于多体动力学软件ＭＳＣ．ＡＤＡＭＳ／Ｃａｒ，建立了舍有防抱死制动子系统的整车动 力学模型，根据汽车稳定性控制的基本原理，运用模糊控制和比例积分微分控制理论设计了电 子稳定性程序（ＥＳＰ）控制系统。在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下，建立了ＥＳＰ控制系统和车辆动 力学模型的联合仿真模型，并进行多种工况下的汽车操纵稳定性仿真试验。结果表明，所设计 的ＥＳＰ控制系统能有效地控制汽车的侧向加速度。且轨迹跟随性较好。 关键词：电子稳定性程序；多体动力学；比例积分微分控制；模糊控制 中图分类号：Ｕ４６７ 文章编号：１００５—９８３０（２０１１）０２—０２１３—０６
８一整车横摆角速度；卜整车质心侧偏角
朗２输入输出变量
速度和质心侧偏角之间的线性关系。因此，采爿ｊ两 ２
ＥＳＰ控制系统设计
自由度车辆模型作为计算ＥＳＰ控制算法中的横摆 角速度和质心侧偏角名义值的依据。 ２．２控制系统总体结构设计 所设计的ＥＳＰ控制算法总体结构如图３所 示，ＥＳＰ控制算法采取分层结构设计。横摆力矩 控制为第一控制层，是以整车姿态为控制对象；车 轮滑移率控制器（制动压力）为第二控制层．是以 车轮为控制对象．根据第一控制层计算的目标滑 移率增量和实际车轮滑移率，确定每一车轮的制 动力大小，从而可以确定每一车轮的制动压强和 制动电磁阀的开关时间；第三控制层控制对象为 电磁阀、泵等硬件。
ＡＤＡＭＳ／ＳｍａｒｔＤｒｉｖｅｒ模块仿真驾驶员操纵，可以开 环或者闭环控制油门、方向盘、离合器和变速器等。
１．２
ＡＢＳ制动子系统的建模 制动子系统是整个控制系统的执行机构，所
有的控制执行通过４个制动器实现，它是整车多
万方数据
பைடு நூலகம்
总第１７７期
王良模安ｌｊ｜ｉ华吴志林马春卉半力基于多体动力学的ＥＳｐ控制系统联合仿真
ｄｙｎａｍｉｃｓ
ｍｏｄｅｌ御ｌｅ
ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｆｉｎｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ
ｈａｎｄｌｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ＥＳＰ
ｃａｎ
ｉｎ
ａ
ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｓ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ
表１模糊规则
Ｃ，
算法。纵向附着系数与滑移率的关系用魔术公式 表示为 妒（Ａ）２９０＋Ｄｌ ｓｉｎ｛ＣＩａｒｃｔａｎ［ＢＩＡ一 层１（Ｂｌ－ａｒｃｔａｎＢｌＡ）］｝ （２） 式中：‰为车轮在纯滚动时的附着系数；Ｄ．、Ｃ。、 丑。和Ｅ。是与路面有关的常数，通过改变这些常 数，可以模拟不同的路面附着系数。 （３）实际质心侧偏角口的估算¨２｜。当汽车处 于稳定状态时，通过观测器观察质心侧偏角数值； 失稳时，通过公式计算：
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｌａｔｅｒａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ
ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｄｙ．
的横摆运动”…。两自由度线性单轨模型可以反映 驾驶员的转向输入以及侧向加速度与车辆横摆角
第一目
圈３本文ＥＳＰ系统控耕算法结构
万方数据
２１６
南京理工大学学报
第３５卷第２期
控制系统中，可以由传感器直接得到的变量 为：侧向加速度ａ小前轮转角６、实际横摆角速度 ∞，和４个车轮的角速度／．ｏｉ（ｉ＝１，２，３，４）。 通过估算得到的变量为：实时车速％、路面附 着系数纵实际质心侧偏角卢。 （１）实时车速％采用ＡＢＳ车速估算方法中 最大轮速与斜率法相结合的综合估算算法［１１｜。 （２）路面附着系数妒的估算采用魔术公式【９】
２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎｌ３００２５，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｈｉｐｓ ａｎｄ Ｈａｒｂｏｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｍａｒｉｔｉｎｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ
第３５卷第２期 ２０１ １年４月
南京理工大学学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖ０１．３５
Ｎｏ．２
Ａｐｒ．２０１ １
基于多体动力学的ＥＳＰ 控制系 统联合仿真
王良模１’２，安丽华１，吴志林１，马春卉１’３，李力１
（１．南京理工大学机械工程学院，江苏南京２１００９４；２．汽车动态模拟国家重点实验室，吉林长春１３００２５； ３．江苏海事职业技术学院船舶与港口工程系，江苏南京２ｌｌ １７０）