汽车系统动力学第2版喻凡基本课件第18章节车辆动力学集成控制及应用CarSim的实例分析.ppt

* * * * * * * * * * * * 由图18-8可见,从第1s开始,前轮受到一个最大幅值为2°的角阶跃输入,由于轮胎进入了饱和区域,未加任何控制的基准车辆无法提供足够的侧向力来完成转向动作。它的稳定横摆角速度只有12°/s,而侧偏角和车身侧倾角分别为2.6°和2.7°。 由图18-9可见,仅有四轮转向的车辆①可以有效地将质心侧偏角抑制至0.5°之内。由于4WS仅仅能够调节轮胎的侧向力,而它的纵向速度逐渐由120km/h减少到93km/h,而它的理想横摆角速度也由13.6°/s逐渐增加到17°/s。 如图18-10所示,通过添加主动抗侧倾(ARC)系统,车身的侧倾角得到了有效地抑制。与车辆③的侧倾角峰值(3.2°)相比,车辆④的侧倾角峰值降到2.6°。 此外,由于主动横向稳定杆可以辅助控制横摆角速度,4WS+DYC+ARC车辆的横摆角速度跟踪误差方均根值明显小于车辆③的情况。由图18-11可见,在横摆角速度逐渐增加的过程中,由于车辆呈不足转向趋势,通过将前轴侧倾刚度比λf迅速降到λfmin,将更多的主动侧倾力矩分配到后轴,相当于增加后轴的等效侧倾刚度值,减少了不足转向趋势,更好地跟踪理想横摆角速度。当横摆角速度达到稳态值后,λf又恢复到初始值λf0。 2.闭环双移线仿真试验 具有四种不同控制方式的车辆与基准车辆进行了仿真试验结果对比。车辆模型仍采用CarSim整车模型,为了保证各控制方式控制效果的公平性,对四种车辆采用相同的CarSim软件默认驾驶人模型进行闭环双移线试验,时域结果对比如图18-12~图18-14所示。 图18-12　双移线工况质心轨迹对比 图18-13　双移线工况驾驶人转向盘转角输入 图18-14　双移线工况侧倾角对比 可以看出,采用DYC控制的车辆②和基准车辆都出现了较大的侧向偏移,但车辆②最终稳定地跟踪了目标路径。结合横摆角速度仿真结果,也可以容易看到无控制的车辆对驾驶人来说相对更难控制。 同时还可以看出,与基准车辆和车辆②相比,结合了主动转向控制的车辆①、③和④均表现出了更好的路径跟踪性能。特别是车辆③和④,取得了非常小的路径跟踪误差和较小的驾驶人转向盘转角输入峰值。对于集成了侧倾控制的车辆④,其车身侧倾角相对于车辆③降低了0.5°,说明集成控制在保证车辆稳定的同时,还能减轻驾驶人的驾驶负担。 三、小结 基于自上而下的策略和主环-伺服环形式的分层结构,采用非线性滑模控制方法和无约束优化方法对转向、制动和驱动系统进行集成控制,并在此基础上进一步集成主动横向稳定杆,相比于以上各子系统的单独控制,所设计的集成控制器可显著提高车辆的操纵稳定性和侧倾稳定性。利用MSC CarSim进行的仿真试验结果表明,通过对四轮转向(4WS)和基于纵向滑移率控制的DYC进行集成,可以在两者间实现功能互补和优势综合。相比于其单独控制的车辆①和②,集成控制的车辆③性能显著提高。若再加入主动横向稳定杆的主动侧倾控制(ARC)(如车辆④),则可大幅改善车辆的侧倾稳定性,通过横向稳定杆对侧倾力矩前后分配比进行主动调节,可适当改变轮胎的垂直载荷,从而进一步改善车辆的操纵稳定性。 本章完 谢谢！ * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 尚辅网 / 第十八章车辆动力学集成控制及 应用CarSim的实例分析　　　 □第一节　概　　述 □第二节　集成控制结构 □第三节　集成控制策略 □第四节　一种基于轮胎力最优分配的集成控制方法 □第五节 一个应用CarSim软件的仿真分析实例 自20世纪70年代末,防抱死制动系统(ABS)开始在市场上得到应用,可以认为是车辆动力学控制系统发展历程上的一个成功的起点。接下来,各种电子控制系统相继应用于车辆,以帮助驾驶人应付复杂多变的行驶工况,提高车辆的行驶安全性和舒适性。根据各种控制系统的作用方式不同,可按X、Y、Z三个方向将车辆运动控制系统分别归类于纵向(制动/驱动)、侧向(转向)和垂向(悬架)三大类子控制系统。 车辆动力学集成控制要解决的两个关键问题是:①如何避免子系统间的互相冲突和干扰;②如何通过系统间的通信和动作协调,尽量挖掘各子系统功能潜力从而实现性能最优。 第一节　概　　述 图18-1　车辆动力学控制系统的发展历程 一、分散式控制结构 个子系统在一定程度上依旧独立,只是必要时可通过车载网络来彼此合作完成某一功能。这分散式控制结构可由图18-2来说明。 第二节　集成控制结构 图18-2　分散式控制结构 二、集中式控制结构 集中式控制结构如图18-3所示,它是由一个所谓的“全局控制器”向所有子系统发出控制输入指令。与分散式结构不同的