下载
加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 横摆力矩和主动前轮转向结合的车辆横向稳定性模糊控制仿真

横摆力矩和主动前轮转向结合的车辆横向稳定性模糊控制仿真.doc

横摆力矩和主动前轮转向结合的车辆横向稳定性模糊控制仿真

神话里de小三
2017-10-31 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《横摆力矩和主动前轮转向结合的车辆横向稳定性模糊控制仿真doc》,可适用于综合领域

横摆力矩和主动前轮转向结合的车辆横向稳定性模糊控制仿真横摆力矩和主动前轮转向结合的车辆横向稳定性模糊控制仿真第卷第期年月计算技术与自动化ComputingTechnologyandAutomationVoNoDec文章编号:()横摆力矩和主动前轮转向结合的车辆横向稳定性模糊控制仿真吴义虎,宋丹丹,欧林立,周丽,王翠(长沙理工大学汽车与机械工程学院,湖南长沙)摘要:提出一种基于横摆力矩和主动前轮转向相结合的车辆横向稳定性控制方法,以横摆角速度和侧偏角为控制目标利用前馈补偿和模糊控制产生横摆力矩和附加的前轮转角,通过控制制动力的分配以及对转向角的修正,使车辆转向行驶时的横摆角速度和侧偏角很好地跟踪参考模型对转向轮阶跃输入和正弦输入两种工况分,j进行了仿真研究,采用横摆力矩和主动前轮转向相结合控制方法,车辆转向时的瞬态及稳态响应优于单独的横摆力矩控制,表明该方法能有效地控制车辆横摆角速度和侧偏角,提高车辆转向时的横向稳定性,同时能有效地减轻驾驶员操纵负担关键词:车辆工程横摆力矩控制主动前轮转向横向稳定性模糊控制中图分类号:U文献标识码:AASimulationofFuzzyControltoImproveVehicleYawStabilityCombinedYawMomentControlandActiveFrontSteeringWUYihu,SONGDan,dan,ULinli,ZHOULi,WANGCui(SchoolofAutomobileandMechanicalEngineering,ChangshaUniversityofScienceTechnology,Changsha,China)Abstract:AfuzzycontrolmethodisproposedtOimprovevehicleyawstabilitybytheintegratedcontrolofyawmomentcontrolandactivefrontsteering,Thecontrolstrategyusingfeedforwardandfeedbackcompensatorisproposed,whichproducesdirectyawmomentandfrontsteeringangletocontrolyawrateandsideslipangle,byactivelycontrollingthefrontsteeringangleandthedistributionofbrakingforces,theintegratedcontrolsystemmakestheperformanceoftheactualvehiclemodelfollowthatofanideavehiclemodel,Asimulationisperformedattwodifferentconditions,theresultsshowedthatthetransientandsteadyresponsebythepresentedmethodisbetterthanthatbyDYConly,andthepresentedmethodcaneffectivelycontroltheyawrateandsideslipanglesynchronously,achievegoodtransientandsteadyresponse,andatthesametimelightentheburdenofthedriverKeywords:vehicleengineeringYawmomentcontrolactivefrontsteeringyawstabilityfuzzycontrol引言汽车的横向稳定性是影响汽车高速安全行驶的一项重要性能,影响车辆横向动力学稳定性的因素众多,包括车辆的结构形式,参数,车辆初始运行状态,路面附着条件和前轮转角等,因此,车辆横向稳定性控制器的设计涉及复杂的非线性问题l目前,车辆横向稳定性的控制方法有逻辑门限控制,PID控制,滑模变结构控制和模糊控制等由于控制系统的非线性,运用经典和现代控制理论设计横向稳定控制器显得十分复杂,而采用模糊控制的方法来研究,很大程度上解决了系统的非线性难题通过轮胎纵向力主动分配侧偏力矩,实现车辆运动的直接横摆力矩控制(DirectYawMomentContro)被认为是最具发展前景的汽车底盘控收稿日期:基金项目:湖南省教育厅重点资助项目(A)湖南省自然科学基金项目(JJ)),男,湖南永州人,教授,工学博士,研究方向:汽车电子控制作者简介:吴义虎(一技术(Email:wcom)宋丹丹(一),女,黑龙江桦南人,硕士研究生,研究方向:汽车电子控制技术第卷第期吴义虎等:横摆力矩和主动前轮转向结合的车辆横向稳定性模糊控制仿真制,直接横摆力矩控制,导致车辆横摆角速度的稳态值降低,即横摆角速度比参考模型的小,车辆作曲线运动时的曲率半径更大,使驾驶员必须多打方向盘,从而造成转向困难主动前轮转向(ActiveFrontSteering)通过产生与前轮转角方向相同的附加转角,使得车辆曲线运动时曲率半径变小因主动前轮转向能产生附加转向角来抵消直接横摆力矩控制的不足,故在直接横摆力矩控制的基础上,再辅助主动前轮转向,可在提高车辆的操纵稳定性的同时J,减轻驾驶员在转弯时操作负担本文提出一种将横摆力矩控制和主动前轮转向(AFS)控制相结合的车辆横向稳定性模糊控制方法利用前馈和模糊控制复合控制方法,以方向盘转角为前馈输入变量,车辆横摆角速度和侧偏角fm(改一vr)=(fm(uY)=(FxIJj,=M(Fy)口lJ曲=MeFxR)COS一(Fy】)sin(一(FyFs一(i=,为反馈输入变量,设计了车辆横向稳定性控制系统分别对前轮转向角阶跃输人工况和正弦输入工况进行了仿真分析,结果表明,采用横摆力矩和主动转向控制,能同时有效地控制车辆横摆角速度和侧偏角,实现了对车辆侧偏角和横摆角速度的多目标控制,提高了车辆的横向稳定性车辆转向动力学模型车辆转向运动整车动力学模型'如图所示,该模型包括个自由度,分别为x,Y方向的个平动自由度,绕Z轴的横摆运动以及个车轮的转动模型的动力学方程为:式中:m为整车质量J为汽车绕z轴的转动惯量V为汽车质心速度"是其在z轴上的速度分量是其在Y轴上的速度分量y为汽车横摆角速度a为汽车质心至前轴的距离b为汽车质心至后轴的距高L为汽车轴距CO为相应轮胎的转动角速度J为轮胎的转动惯量Md为差速器半轴上的输出扭矩R为轮胎的动力学半径Mb为轮胎受到的制动力矩W为轮距M为附加控制的横摆力T,矩,且M="(一一Fx)质心处侧,偏角=flrctflnfl图汽车转向运动简化模型车辆轮胎模型采用Gim理论模型,它综合描述了轮胎的纵向力和侧向力轮胎与路面间的纵向力为:fFx=CSF(z),SS【=,SS()轮胎与路面间的横向力为:f=CSz(zz),SS【=,SS()其中,C,C为轮胎纵向,横向刚度,S,S为纵向,横向滑移率,z=一S,S为接触区滚动滑动临界点,,为车轮纵,横向附着系数,为轮胎垂直载荷,SS为滑移,侧偏临界点前后轮侧偏角分别为'』口"一一()'lIl口=口一bu从上述方程可以看到由于在车辆模型动力学方程中存在有三角函数项以及交叉项,车辆模型本身已经体现出很强的非线性特征,其中以轮胎非线性特征对车辆系统的影响最为显着,特别是在车辆高速,大转角的情况下,非线性表现得更为明显控制系统的设计由于前馈控制是针对系统的某种特定干扰而计算技术与自动化年月进行的补偿,是在被控制量"未变化前"提前进行的"超前补偿",而实际系统的干扰情况往往非常复杂,对所有干扰因素采用前馈控制是不可能的,因此本文采用前馈与反馈控制方法来设计车辆横向稳定性控制器横向稳定性控制器设计总体方案如图所示,主要包括个部分:车辆参考模型,前馈补偿控制器,模糊反馈控制器前馈补偿控制器的主要作用是补偿非零转向角引起的误差模糊反馈控制器的主要作用是使实际横摆角速度,侧偏角与参考模型输出的期望横摆角速度,侧偏角之间的偏差尽可能小,即车辆具有很好的跟踪性图车辆横向稳定性控制系统框图用于控制器设计的车辆模型控制器的设计采用线性的两自由度模型,该模型考虑了车辆侧滑和横摆运动,满足车辆横向稳定性控制器设计的要求模型动力学方为卢y)=Fy()}IJ=Fyl,FybM一前后轮胎的侧向力分别为jFl一尼l(卢y"一y一'()lF=一k(卢一Ybu)式中:,为前轮转角,,为前轮转角的修正值建立模型的状态空间方程为:j士=AzB"E()f,l!v=式中:z="=MLyjLj(ak一)"B=kUUakIzI:忌Uakc=参考模型在正常行驶工况下,一般以汽车稳态参数为理想值,即车辆侧偏角尽量为零,横摆角速度y对前轮转向角的响应是一阶滞后环节,则车辆参考模型的传递函数为J:Lo()=()()其中忌U口口b"~KS口L'Izu建立参考模型状态空间方程JZd=AaxaE…=Ea=这里A一J()但是,在极限工况下,如低附着系数路面,若按照正常工况下的参考横摆角速度模型控制,由于路面附着力不足以产生期望的转向响应,即车辆横向加速度a超过轮胎与路面的最大附着系数所决定的加速度,车辆将会发生侧滑甩出现象,导致危险发生这时,最大的参考横摆角速度可由下式描述yd=IzgU()则车辆的参考横摆角速度=minY稳定性判断a首先,需要判断出车辆当前的运行状态,即是否失稳,是否需要启动车辆横向稳定性控制器,然后才可以在正确的时刻将控制系统输出的制动力施加相应的车轮上即在车辆稳定时应减少对车辆的干预,而在车辆即将失去稳定性的危险时刻又要及时,准确的对车辆施加控制通过车辆参考模型与实际模型的横摆角速度及侧偏角来判断车辆的稳定性,侧偏角控制采用相平面的方法({B】Bf),对横摆角速度的控制采用公差带的方法(IyI=Iy一IICydI),两者一起来判定汽车动力学稳定性,只要任何一个条件不满足则认为汽车将失去动力学稳定性,就要施加控制经过大量不同条件的汽车动力学稳定性的相平面仿真分析,确定Bl=,B=,C=前馈补偿控制器前馈补偿控制器u直接以前轮转角为前馈输第卷第期吴义虎等:横摆力矩和主动前轮转向结合的车辆横向稳定性模糊控制仿真入变量,这里,我们利用前馈补偿控制器补偿非零转向角引起的误差,则"r=一B一(AAd)zdB一(EEd)r()模糊反馈控制器通过反复仿真模拟和参考有关文献,,设计了模糊控制器文中设计的模糊控制器的输入变量确定为:实际横摆角速度和实际侧偏角与参考车辆模型输出的参考横摆角速度和参考侧偏角之间的偏差以及偏差的变化率,即e=zz,e=c一d模糊控制器的输出变量为"=c模糊控制器采用在线计算模糊输出值,实现连续调节模糊控制器的变量的论域及输入参变量和输出参变量的隶属函数如图所示(b)输出变量的隶属函数图输入,输出变量的隶属函数模糊控制器的输入变量e,变量e和输出变量"的等级均是级每个变量所代表的语言值为:NB为负大NS为负小Z为零PS为正小PB为正大当实际状态值远小于期望的车辆运行状态值时,即误差e为NB,如果此时误差的变化率e也为NB,那么为了尽快消除误差,应对车辆施加一个正方向的较大的控制力矩,即此时控制量M取正大PB,这些控制规则与人的控制过程相似,同理,其它状态时的控制规则见表本文采用横摆力矩和主动前轮转向结合的控制方法,使得车辆响应尽可能地跟踪驾驶员转向意须要建立使控制输入,控制输出协调工图因此必作的模糊逻辑,否则逻辑上的冲突会使控制效果变差解决的办法是建立一个协调控制器来协调横摆力矩和主动前轮转向控制具体来说就是用横摆力矩值乘上一比例系数作为模糊协调控制器的输入控制规则见表表M的模糊规则表PBPSZNSNBPBPSZONSNBNBNBNBNSNSNBNBNSNSNSNBNSZOZOPSNSPSPSPBPBZPSPBt'B仿真为证明本文所设计控制器的有效性,分别基于两种操纵工况进行了仿真研究:()转向盘阶跃输入工况()转向盘正弦输入工况仿真车辆基本参数如下:m=kg,a=m,b=m,W=m,j=kg',L=kg'rn,R=m表A~fj,的模糊规则表M,输入输出PBPSZNSNBNBNSZPSPB本文设定控制力矩施加于前外轮图和图分别描述了前轮转向角阶跃输入与正弦输入随时间变化的过程当车辆初始速度为kmh时,前轮转向角在S时阶跃输入,路面附着系数峰值为,比较车辆无控制,仅仅直接横摆力矩控制,主动前轮转向和横摆力矩联合控制的响应,如图所示没有控制器的车辆横摆角速度大幅度地波动采用DYC的车辆侧偏角减小了,但是横摆角速度稳态值下降了通过施加横摆力矩和主动前轮转向结合的控制,车辆可以保证稳态侧偏角很小的同时很好的跟踪了原有的横摆角速度,并且瞬态响应也有很好的改善图为阶跃输入工况施加于车辆的控制输入图(a)所示为DYC和AFSDYC施加于车辆的控制力矩对比关系图(b)为AFSDYC中施加于车辆的附加前轮转角由于附加的前轮转角方向于驾驶员转角的方向相同,因此,AFSDYC可以减轻驾驶员的负担,换句话说,车辆更易操纵和控制计算技术与自动化年月令昌一辩辑溘昌一删援麟甚弓藜图前轮转向角阶跃输入时间(s)(a)横摆角速度输出辑程援堡蘑图前轮转向角正弦输入图车辆阶跃输入工况动态响应曩莲时间(s)(b)侧偏角输出图阶跃输入工况施加于车辆的控制输入当车辆初始速度为kmh时,前轮转向角在s时正弦输入,比较车辆无控制,仅仅直接横摆力矩控制,主动前转向和横摆力矩联合控制的响应,路面附着系数峰值为,如图所示此工况模拟实际中的移线行驶,与单独直接横摆力矩控制(DYC)的车辆相比,施加横摆力矩和主动前轮转向结合控制的车辆仍可以准确的跟踪期望的横摆角速度,车辆响应速度更快,最终的控制效果也更好而没有控制的车辆时间(s)(b)附加前轮转角无法实现移线操纵,车辆失控图为正弦输入工况施加于车辆的控制输入图(a)所示为DYC和AFSDYC施加于车辆的控制力矩对比关系图(b)为AFSDYC中施加于车辆的附加前轮转角图l为两种工况控制后车辆车速变化曲线施加控制后的车辆车速减小不是很大,说明施加控制车辆可以以较大速度安全完成预期轨迹第卷第期吴义虎等:横摆力矩和主动前轮转向结合的车辆横向稳定性模糊控制仿真吕ZV磊吕ZV磊鼍V瑙褂时间(s)(a)横摆角速度输出穹一V粤露图车辆正弦输入工况动态响应时间(S)(a)控制力矩V瓣曩莲时间(S)(b)侧偏角输出图正弦输入工况施加于车辆的控制输入结论时间(s)(a)阶跃输入鼍一瑙褂时间(s)(b)附加前轮转角图lO控制后车辆车速变化曲线车辆横向稳定性不仅与结构参数,行驶速度,方向盘转角等有关,而且还受到路面附着系数,侧风等很多不确定性因素的影响,横向稳定控制变得十分复杂针对直接横摆力矩控制在高速时车辆横摆角速度的稳态值降低,直接横摆力矩控制造成转向困难这一问题,提出了一种将横摆力矩控制和主动前轮转向控制相结合的车辆横向稳定性模糊控制方法通过对转向角的修正以及控制制动力的分配,使实际车辆很好的跟踪参考模型分别对前轮转向角阶跃输入工况和正弦输入工况进行了仿真分析,得到如下结论:)采用横摆力矩控制和主动前轮转向控制相结合的车辆横向稳定性控制,能有效的控制车辆横摆角速度和侧偏角,同时由于采用模糊控制,增强了控制系统的鲁棒性而且,即使较大的前轮转计算技术与自动化年月角,车辆输出仍然能较精确的跟踪参考车辆的期望输出)与单独的直接横摆力矩控制相比,横摆力矩和主动前轮转向组合控制在有效地减少车辆质心侧偏角的同时,使车辆横摆角速度精确的跟踪期望的横摆角速度,能提高车辆主动安全性,减轻驾驶员的操纵负担参考文献HETseng,DMadau,BAshrafi,TBrown,DReckeiTechnicalChallengesintheDevdopmemofVehideStabilityControlSystemProceedingsoftheDEEInternationalCferceonCantmlApplicationsKohalaCoastIslandofHawai'i,Hawsi'ijUSAAugust,MasatoAbe,YoshioKano,KazuasaSuzuki,YasujiShibahata,YoshimiFurukawaSideslipcontroltostabilizevehiclelateralmotionbydirectyawmomentJJSAEReview()MotokiShino,NagaiYawnqoro~tcontrolofdectricvehicleforimprovinghandl~andstabilityJJSAEReview,,祁永宁,陈南,李普四轮转向车辆的直接横摆力矩控制J东南大学:自然科学版,,()余卓平,赵治国,陈慧主动前轮转向对车辆操纵稳定性能的影响J中国机械工程,,()晏蔚光,毋茂盛等一种基于横摆力矩和主动前轮转向控制的制动稳定性控制方法J北京科技大学,,()郭孔辉汽车操纵动力学M吉林:吉林科学技术出版社,GinlGandNikraveshPEAnAnalydcalStudyofPneumaticTypesforVehicleDyl~CSimulationsPart:ComprehensiveSlipsJJInternatiormlJournalofVehiclel~ign:()KenKoibuchi,MasaldYamamoto,YoshikiFukada,etaVehicleSta一tycontrolinlimitcomeringbyactivebrakeJ,SAE,,:HattoriYoptimumvehicledynamicscontrolbasedonfiredrivingandbrakingforcesRDReviewofToyotaCRDL,,():~hongPark,SeungJinHm,InhobaekControllerdesignforimprovinglateralvehicledynamicstabilityJJSAEPaper,,:,MasaoNagai,MotokiShino,FengGaoStudyonintegratedcontrolofactivefrontsteerangleanddirectyawmomentJJSAEReview()Katsuyama,E,Fukushima,NImprovementofTurningbehaviorUsingYawM~mentFeedbackControlStrategyJJSAEPaper,Oo:,FlauofiY,Koibuchik,YokoyamaTForceandMom~tControlwithNonlinearOptimumDistributionforVehicleDymmicsJAVEC():张国良,曾静,等模糊控制及其MATLAB应用M西安:西安交通大学出版社,冯金芝,等基于混合仿真技术的车辆横向稳定性J汽车工程,()P(上接第页)I…'l…'I…'……二一一':一一'J'一…i一一一…一一一一r一图日照强度突变时的实验结果图结论将补偿神经网络理论用于光伏电池最大功率点的控制,具有收敛速度快的特点,在外界环境剧烈变化的情况下能够快速的跟踪光伏电池的最大功率点,并且能够克服最大功率点附近的功率震荡现象,由于模糊控制本身具有鲁棒性Lj,因此在系统参数发生变化时,仍具有较好的控制效果参考文献赵争鸣,刘建政,孙晓瑛太阳能光伏发电及其应用M北京:科学出版社,陆文乐,袁庆丰,孙忠峰,李桂琴模糊神经网络在电火花线切割加工中的应用J机械设计与制造,HohmDP,RoppMEComparativestudyofmaximumpowerpointtrackingalgorithmsusinganexperimental,programmable,maximumpowerpointtrackingtestbedJIEEEthPhotovoltaicSpecialistsConference,Anchorage,:王松一种基于神经网络的光伏电源最大功率控制系统J电工技术,闻新,周露,李翔,张宝伟matlab神经网络仿真及应用M北京:科学出版社,jSimilesMG,FranceschettiNN,FriedhoferMFuzzylogicbasedphotovohaicpeakpowertrackingcontrolJProcIEEEConfInternationalSymposiumonIndustriaElectronics,Pretoria,:吴晓莉,林哲辉,等MATLAB辅助模糊系统设计M西安:西安电子科技大学出版社,李晓忠模糊神经网络M贵阳:贵州科技出版社,王仕同模糊系统,模糊神经网络及应用程序设计M上海:上海科学技术文献出版社,

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/19

横摆力矩和主动前轮转向结合的车辆横向稳定性模糊控制仿真

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利