基于ABS和ESP的汽車穩(wěn)定性控制仿真論文

基于ABS和ESP的汽車穩(wěn)定性控制仿真摘要：針對汽車行駛中出現(xiàn)不穩(wěn)定工況，設計了基于邏輯門限值控制的ABS控制器和基于橫擺角速度控制的ESP控制器，建立MATLAB/Simulink仿真模型，分析汽車在危險工況的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，所建控制器能較好提高汽車操縱穩(wěn)定性。關鍵詞:ABS；邏輯門限值；ESP；PID;穩(wěn)定性控制VehiclestabilitycontrolbasedonsimulationofABSandESPAbstract:Creatingathreshold-basedlogiccontrolABScontrollerandESPcontrollerbasedonyawratecontrolunderunstableconditionsforcars,usingMATLAB/Simulinksimulationmodeltoanalyzethestabilityandvehiclesindangerousworkingconditions.Theresultsshowthatthecontrollercanbebetterbuilttoimprovevehiclehandlingandstability.Keywords:ABS；threshold-basedlogiccontrol；ESP；PID;stabilitycontrol；汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(ESP)是在汽車防抱制動系統(tǒng)(ABS)等主動安全技術的基礎上發(fā)展起來的一項新型主動安全控制系統(tǒng)[1]。汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)是一種主動安全裝置，在汽車制動過程中自動控制和調(diào)節(jié)制動壓力，消除制動過程中的側(cè)滑跑偏、喪失轉(zhuǎn)向能力等非穩(wěn)定狀態(tài)，使汽車獲得良好的制動性能操縱性能和穩(wěn)定性能[2]。ESP是利用輪胎的受力特性，改變汽車的橫擺力矩，從而實現(xiàn)對汽車穩(wěn)定性的調(diào)整，ESP可在汽車行駛的所有工況中起作用[3]。尤其是在汽車發(fā)生過多轉(zhuǎn)向和不足轉(zhuǎn)向時，ESP更具有突出的車輛穩(wěn)定性控制效果。ABS與ESP的運用既有利于提高車輛的行駛穩(wěn)定性，可以在縮短制動距離的同時，增加了控制性能，提高車輛的行駛的方向穩(wěn)定性。1整車模型1.1車輛動力學模型忽略空氣阻力與滾動阻力，采用汽車七自由度模型來描述車輛的動力學特性，汽車動力學方程如下式所示：m(vx-vym(vy-vxγm(γ)=aF式中：vxvx為汽車側(cè)向速度β為汽車質(zhì)心側(cè)偏角；γ為汽車橫擺角速度；δ為車輪轉(zhuǎn)角；Fxij為輪胎所受的縱向力Fyij為輪胎所受的側(cè)向力；a為質(zhì)心到前軸距離;b為質(zhì)心到后軸距離;d為汽車軸距。1.2輪胎模型本文采用的“魔術公式”輪胎模型是由荷蘭Delft理工大學Pacejka教授在1987年提出的，是一個基于試驗數(shù)據(jù)的半經(jīng)驗輪胎模型。(4)式中：Y為側(cè)向力、縱向力；X為側(cè)偏角或縱向滑移率；B剛度因子；C為曲線形狀因子；D為峰值因子；E為曲線率因子；2ABS控制系統(tǒng)設計ABS的控制方法主要包括邏輯門限值控制、PID控制、滑模變結(jié)構控制、最優(yōu)控制等?，F(xiàn)在成熟的ABS產(chǎn)品大多采用邏輯門限控制，其原理是選擇合適的門限值,建立ABS控制邏輯，進行增壓、保壓、減壓等方式，使車輪滑移率保持在10%—30%之間[4]。從而獲得較大的車輪縱向力和側(cè)向力，使車輛具有較短制動距離的同時保持制動穩(wěn)定性.首先制定邏輯門限值控制規(guī)則，若計算滑移率達到目標滑移率時，進入保壓階段；若計算滑移率小于目標滑移率時，進入降壓階段；若計算滑移率大于目標滑移率，進入增壓階段。本文以車輪滑移率為控制變量，使制動過程中保持最佳滑移率，具體控制邏輯如表1：表1控制邏輯λλ=λλ系統(tǒng)增壓系統(tǒng)保壓系統(tǒng)減壓注：λ-計算滑移率；λ0以滑移率為控制變量，采用邏輯門限值控制，建立整車ABS控制系統(tǒng)結(jié)構框圖，如圖1：車輛模型計算滑移率車輛模型ABSABS控制器液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)輪缸壓力電磁閥控制信號圖1整車ABS控制系統(tǒng)結(jié)構框圖3ESP控制系統(tǒng)設計直接控制質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度這兩個控制參數(shù)非常困難,但是控制與這兩個參數(shù)有密切關系的橫擺力矩卻相對容易些?？刂茩M擺力矩最有效也是目前廣泛采用的法是通過控制車輪之間的制動力分配。3.1名義橫擺角速度車輛名義橫擺角速度，是在一定車速和轉(zhuǎn)向角條件下，駕駛員期望的車輛狀態(tài)，其穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下汽車的橫擺角速度，如下式所示：ωr式中，K=mL2(a汽車在低附著系數(shù)路面行駛時,一般情況ωrmax<ωrmax>故名義橫擺角速度值為：ωr03.2PID控制器設計設計PID控制器，用來自動調(diào)節(jié)橫擺角速度，控制器的參數(shù)為kpu(7)式中：KP-比例放大系數(shù)；TI在MATLAB/Simulink中建立基于橫擺角速度控制的ESP仿真模型，如圖2：圖2PID控制仿真圖ESP控制系統(tǒng)通過車輪制動分配控制邏輯，作用到車輪，實時主動調(diào)節(jié)車輪制動力，防止汽車出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，車輪制動力分配如表2，ESP整車控制系統(tǒng)如圖2所示：表2車輪制動力分配ωωω控制車輪+++左前輪--+左后輪---右前輪++-右后輪車輛模型理想二車輛模型理想二自由度模型PID控制器制動力分配液壓系統(tǒng)Pb（b）車速與左后輪速MT圖2ESP整車控制系統(tǒng)如4仿真結(jié)果搭建系統(tǒng)的仿真模型，分別對ABS控制系統(tǒng)，ESP控制系統(tǒng)進行仿真。用于仿真初始條件為：車速65km/h,對開路面。（a）車速與左前輪速（c）車速與右前輪速（d）車速與右后輪速圖3車速與輪速（a）正弦工況下轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角（b）正弦工況下橫擺角速度（c）正弦駐波工況下轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角（d）正弦駐波工況下橫擺角速度圖4轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與橫擺角速度5結(jié)論建立汽車7自由度動力學模型，并以汽車的輪胎滑移率、橫擺角速度為控制變量，以MATLAB/Simulink為仿真平臺，建立A