汽车横向稳定性控制系统建模与仿真开题报告

1. 研究目的与意义

目的：通过对汽车横向稳定性控制系统的建模与仿真，在典型工况下，对汽车轮胎侧偏角，横摆角速度等参数的控制，使得汽车的稳定性得到改善，汽车的安全性得以改善。

意义：汽车在高速急转向或者高速变换车道时，汽车横向稳定性控制系统对汽车的安全性和平稳性起着重要作用，没有很好的控制的话会有安全隐患；另一方面，汽车横向稳定性控制系统对车辆在变向时人的舒适度影响也很大，这些会直接影响汽车操纵稳定性和行驶安全性，所以研究汽车横向稳定性控制系统有重大意义。

2. 国内外研究现状分析

国内：国内对汽车转向动力学稳定性控制的研究起步较晚，到目前为止，只有少许汽车(如奥迪a6、新式帕萨特)上安装了汽车动力学稳定性控制系统，并且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研究程军〔7〕用模拟的方法研究了汽车动力学控制系统，采用闭环的横摆角速度及汽车侧偏角控制，用它们之间的相平面来确定稳定性区域，采用pi控制算法，并且讨论了汽车动力学稳定性控制和abs的结合与切换问题。王德平〔8〕.探讨了汽车动力学稳定性控制的基本原理，提出了简单的稳定性判断准则、，采用逻辑门限值控制算法，在此基础上，对汽车动力学稳定性进行了仿真分析，并在汽车驾驶模拟器所提供的虚拟环境下进行了试验验证。刘彩志重点讨论了基于轮胎和汽车动力性试验的控制策略，把轮胎的非线性和汽车动力性考虑在内的直接横摆力矩底盘控制，提高了汽车大侧偏角和高侧向加速度的操纵稳定性和主动安全性。在光滑路面上进行控制时横摆角速度和侧向加速度不对应，因此横摆角速度和侧偏角都必须加以控制。为此祁永宁等〔9〕将横摆力矩控制 (dyc)与四轮转向(4ws)系统相结合，采用跟踪理想模型的控制策略能够有效地同时控制汽车转向侧偏角和横摆角速度，得到较好的瞬态及稳态响应，有效地减轻驾驶员操纵负担，提高了车辆操纵稳定性。

国外：在国外，汽车稳定性控制是在abs和asr的基础上发展起来的。最初的汽车稳定性控制概念是在abs和asr的基础上加以算法上的改进，使之能部分解决汽车的稳定性问题，但此时的系统还不能称之为汽车稳定性控制系统，只是在abs和asr基础上的改进。上世纪90年代初，各个生产厂商开始了关于汽车稳定性控制系统相关的研究。bmw公司与boscht月公司合作于1992年在abs/asr的基础上开发出车辆的动力学稳定控制系统(dsc)，它是通过横摆角速度反馈控制来调节发动机的输出扭矩，从而实现了对车辆行驶方向性和稳定性的控制。该系统安装在bmw85oci轿车上，这种系统只是在原有的abs/asr的基础上增加了方向盘转角传感器，通过两内外非驱动轮的轮速差来间接估算的，在极限工况下这种估算是不准确的.控制策略和算法的开发是汽车稳定性控制开发的核心工作。常用的控制方法有:采用车辆实际运行状态与车辆理想运行状态的误差反馈来决策车辆的控制横摆力矩，并通过差动制动或对发动机的控制实现对车辆横摆运动的调节〔1〕。基于车身侧偏角和车身侧偏角的变化率的相平面方法分析车辆在紧急转向时的稳定性，并采用相应的控制方法实行控制。如基于横摆角速度偏差值的门限控制方法;采用横摆角速度、侧偏角、侧向加速度作为反馈信号的pid控制方法〔2〕。此外，shojiinagak〔3〕，采用相平面法描述汽车操纵稳定性，进而采用相应的控制方法。20世纪90年代开始，直接横摆力矩控制逐渐被引入车辆的稳定性控制中来。文献〔4〕提出了将最优控制理论应用于横摆力矩控制来提高车辆的操纵稳定性。文献〔5〕研究了将直接横摆力矩控制应用于电动车辆驱动力和制动力分配以提高其操纵性和稳定性的方法。随着汽车底盘控制技术以及车用传感器技术的发展，汽车稳定性控制系统将会与其他控制系统进一步的融合，来达到对横摆角速度和侧偏角等控制变量的多目标控制。各个系统可以共用相同的传感器、共享各种参数信息。汽车稳定性控制系统与主动转向系统联合控制〔6〕，不仅可以控制汽车在极限工况下的操纵特性，而且可以通过转向轮转角的变化控制汽车在正常情况下的操纵特性;而汽车稳定性控制系统与主动悬架系统联合控制，可以通过对轮胎载荷的分配进一步改善汽车的操纵特性。汽车各系统的集成化是汽车技术发展的方向，这不仅能够降低汽车的成本，而且能够提高汽车的性能。由于汽车稳定性控制系统涉及的参数多而且一些参数只能通过估算的方法得到，因此各种估算方法的研究也是目前研究的热点。而一些学者试图将现代控制理论的相关内容应用到汽车稳定性控制系统中，如滑模控制、鲁棒控制等。

3. 研究的基本内容与计划

内容：（1）了解汽车横向稳定性控制系统的原理。 （2）考虑到轮胎的非线性因素，采用魔术公式轮胎模型，设计m魔术公式轮胎侧向力求解模块，绘制轮胎侧偏角，侧向力，垂直载荷三者之间的关系曲线通过轮胎模块和车体模块的连接建立完整的车辆模型。（3）对前轮转向车辆和前后轮转角比例控制的四轮转向车辆在低速，高速两种工况时的阶段响应输出进行仿真分析，从理论上分析了低速四轮转向车辆稳态横摆角速度增益大于相同情况前轮转向车辆而高速时正好相反的原因。（4）利用Matlab软件对汽车横向稳定性控制进行建模与仿真

4. 研究创新点

考虑到轮胎的非线性因素，采用魔术公式轮胎模型，设计m魔术公式轮胎侧向力求解模块，绘制轮胎侧偏角，侧向力，垂直载荷三者之间的关系曲线通过轮胎模块和车体模块的连接建立完整的车辆模型。