汽车操纵稳定性控制系统的分析

汽车操纵稳定性控制系统的分析

【摘要】汽车操纵稳定性的研究，是与汽车车速的不断提高分不开的。早期的低速汽车，还谈不上操纵稳定性问题，最早提出操纵稳定性问题，是在具有较高车速的赛车上。后来，随着车速的不断提高，在轿车、大客车和载货汽车上也都不同程度地出现了类似的问题。因此汽车操纵稳定性的研究成为当今研究热点。本文从国内外汽车操纵稳定性控制的研究现状出发，对汽车操纵稳定性进行仿真分析。

【关键词】汽车操纵稳定性控制仿真

一、汽车操纵稳定性研究的目的及意义

随着高速公路的发展和汽车技术的进步，公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化的趋势。现代轿车的设计最高时速一般都大于200km/h，有的运动型轿车甚至超过300km/h。汽车在高速公路上的行驶速度通常也都在lookm/h，其次驾驶员的非职业化发展趋势，使得车辆在高速行驶时出现了各种各样的稳定性问题。要求汽车具有更好的可控性和更高的行驶安全性。因此，汽车的操纵稳定性日益受到重视，成为现代汽车研究的重点。

二、国内外研究现状

国外发达越来越多的车型已将电子稳定性控制系统作为其标准配置2005年大约40%的新注册车辆配备了esp，在高档车上，esp 已经成为了标准配置，中档车上的装配率也迅速提高，在紧凑型车上装配率稍低。国内对汽车操纵稳定性控制的研究起步较晚，目前

仍然处于研究开发的初期，没有具备自主知识产权的产品。电子稳定性控制系统的装配率还比较低，以往通常只在高档车上才装配esp，2006年上市的东风雪铁龙的凯旋、一汽大众的速腾和上海通用的君越都配有esp[141，但是装备的都是国外公司的产品，国内还没有自己的实际开发系统的能力，大多数学者只是基于理论的研究。

三、车辆操纵稳定性控制的基本原理及分析

汽车电子稳定控制的基本思想是通过对临界稳态工况的控制，来阻止汽车进入不可控的非稳态，此时汽车的质心侧偏角往往较大，车轮的侧向力已接近轮胎与路面的附着极限，此时方向盘转角控制对车辆稳定性的改善并不明显，所以一般不使用方向盘转角控制，可以采用通过纵向力匹配来产生横摆力矩的控制方法来改善车辆稳定性。本文采用横摆力矩控制来保证车辆稳定性，使车辆的实际运动状态与期望状态一致。首先由传感器检测出汽车运行状态如横摆角速度、整车侧偏角、侧向加速度以及左右轮速差等实际值，然后根据理想状态模型计算出汽车运动状态的名义横摆角速度和质心侧偏角的值，当实际变量值与名义变量值之差超过某一极限时通过一定的控制逻辑和算法计算出所需要控制的横摆力矩，这里所采用的控制逻辑和算法是具有较强鲁棒性的模糊逻辑控制器，通过控制汽车的横摆力矩来达到改善汽车操纵稳定性的目的。

四、车辆动力学模型的建立

运用adams建立的整车动力学模型是基于多刚体动力学方法建立

的整车动力学模型，最大优点在于能够相当准确地模拟各个零件之间的运动学关系，最常用的方法是将车辆的每个零部件作为一个刚体，零部件之间根据实际的运动情况设置成铰链接。这种模型能够精确地模拟车辆的运动学特性。

五、模糊逻辑控制器的设计

模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。模糊控制的基本思想是将操作人员的控制经验用具有模糊含义的语言变量加以描述，用一组条件语句构成控制规则以及相应的模糊推理，最终通过模糊决策得到精确的控制量，使复杂系统做出合乎实际的、符合人类思维方式的处理成为可能。模糊控制系统对于无法得到被控对象精确的数学模型或系统具有较强非线性的控制过程将会取得较好的控制效果。

六、汽车稳定性系统的联合仿真的建立

adams是一种多刚体动力学软件，其中的adams/car模块可以精确的建立整车虚拟样机多自由度模型。adams本身可以进行的控制方式有两种：一、输入、输出变量的设置和对控制函数的定义。二、利用adams自带的控制工具箱（controls toolkit）。控制工具箱提供了简单的线性控制模块和滤波模块，可以方便地实现前置滤波、pid控制和其它连续时间单元的模拟仿真。利用此工具箱可以直接在adams样机模型中添加控制模块，解决一些简单的控制问题，很难实现复杂的控制联合仿真大致分为四步。

第一步，在adams中建立机械系统仿真模型。包括几何外形、技

术参数、测量值、约束和力，几何外形可以输入其他软件已经建好的外部模型。

第二步，定义模型的输入和输出参数，所有的输入输出参数必须设为变量。

输出参数将会传递给控制软件，输入参数将会回传给adams模型，完成控制

的闭环回路。

第三步，在控制软件中建立控制程序块。控制软件可以选用matlab、easy5、matrixx。在控制程序中加入adams的输出模型。第四步，使用交互式方式仿真机械系统和控制系统连接在一起的模型。

联合仿真模型建立后，进行了高速行驶时的转向盘单正弦输入和低附着系数路面上的转向盘角阶跃输入的操纵稳定性仿真，比较分析了横摆角速度反馈控制器、质心侧偏角反馈控制器，以及联合反馈控制器的控制效果。

针对国内外对汽车操纵稳定性控制的热点问题，从国内外对汽车操纵稳定性控制方法的研究现状出发，运用模糊控制理论对汽车操纵稳定性控制进行了研究，由于作者的研究时间和研究水平的限制，会有许多考虑不到的地方，希望更多的研究者来参与和完善。参考文献：

[1]丁建明.车辆动力学稳定性控匍jvdsc的计算机仿真研究[j].西华大学，2007，（1）.

[2]罗明贵.基于滑移率控制的契合横向稳定性控制算法研究[j].吉林大学，2007，（1）.

[3]贺岩松，高戈，杨诚.车辆动态控制系统原理与工作过程分析田[j].汽车研究与开发，1998，（1）.