【正文】 S + D Y C (a)橫擺角速度 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 20 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 1 . 51 0 . 500 . 511 . 5時(shí)間 t/s質(zhì)心側(cè)偏角b /deg A F S + D Y CDYC無控制 （ b)質(zhì)心側(cè)偏角 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 543210123時(shí)間 t/s前輪轉(zhuǎn)向角△df/ deg （ c）主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向角 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 00100020xx3000時(shí)間 t/s橫擺力矩Mz/(N ? m) A F S + D Y CDYC （ d）橫擺力矩 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 56 9 . 76 9 . 7 56 9 . 86 9 . 8 56 9 . 96 9 . 9 570時(shí)間 t/s縱向速度U/(Km/h) DYCA F S + D Y C (e)縱向速度 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 21 圖 低速 70Km/h 的 仿真 試驗(yàn) 結(jié)果 首先， 在 車輛 低速 70Km/h、高路面附著系數(shù)（ μ=）時(shí)進(jìn)行單移線 仿真 試驗(yàn) ， 此時(shí)，參考模型的控制輸入如圖 所示。 MATLAB/Simulink 仿真軟件簡(jiǎn)介 Simulink 仿真環(huán)境是美國 MathWorks 軟件公司在 1990 年專門為 MATLAB 語言設(shè)計(jì)提供的結(jié)構(gòu)圖編程與系統(tǒng)仿真的專用工具軟件。 控制分配算法 二次規(guī)劃 問題是指無約束或有線性約束的二次函數(shù)的最優(yōu)化問題。 控制器設(shè)計(jì) AFS 控制器的作用是通過 主動(dòng)增加或減小車輛的 前輪轉(zhuǎn)向角 來實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向控制 。 但滑?？刂泼媾R抖振的不利影響 ,抖振來自于 設(shè)置參數(shù)時(shí) 對(duì)不確定性及擾動(dòng)的保守估計(jì)、控制函數(shù)的符號(hào)變化頻率遠(yuǎn)大于 控制執(zhí)行器件的切換頻率和時(shí)滯等因素。終止點(diǎn)在到達(dá)滑模面后就沿著該面向原點(diǎn)運(yùn)動(dòng) ,而有所有終止點(diǎn)組成的區(qū)域叫做滑模區(qū)，在該區(qū)上的運(yùn)動(dòng)稱為滑膜運(yùn)動(dòng)。其中，駕駛員輸出駕駛意圖，參考模型輸出理想狀態(tài)并被用于判斷駕駛意圖的穩(wěn)定性。這樣會(huì)導(dǎo)致汽車在不同工況運(yùn)行時(shí)，主動(dòng)安全控制系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)工作情況不理想的特性。 本 文 正是基于 車輛行駛 穩(wěn)定性和安全性的要求，在現(xiàn)有 AFS 和 DYC 控制 方式 的基礎(chǔ)上，通過分層控制結(jié)構(gòu)對(duì)其建立集成控制 方法 ，充分 利用 其的優(yōu)點(diǎn)， 提升汽車的 操縱穩(wěn)定性。在對(duì) 這些 交通事故發(fā)生的 原因進(jìn)行調(diào)查后 ， 人們 又 發(fā)現(xiàn) 車速在 80km/h 到 100km/h 之間行駛的汽車發(fā)生的交通事故，大約 40%是與汽車側(cè)向失穩(wěn)有關(guān)。 然而，隨著人們對(duì)主動(dòng)安全技術(shù)的要求變得越來越高，從而，促進(jìn)了 AFS 和 DYC 集成控制的發(fā)展。 現(xiàn)階段 雖然 前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向 （ AFS)和直接橫擺力矩控制 （ DYC)方式 都可以 獨(dú)自 改善車輛的操縱穩(wěn)定性，但是車輛在 極限 工況下行駛時(shí)， AFS 和 DYC 會(huì) 造成相互干預(yù) 、 相互 影響的結(jié)果 ，從而導(dǎo)致它們的 長(zhǎng)處 未能同時(shí)發(fā)揮 作用 ， 是以 ，為了進(jìn)一步 提升汽車 的穩(wěn)定性，可以根據(jù) 汽車 實(shí)際 狀況 的不同對(duì) AFS 和 DYC 進(jìn)行 分層 控制以發(fā)揮各自 的 長(zhǎng)處 ； 同時(shí) ，隨著電動(dòng)汽車 技術(shù)的提高 ， AFS 和 DYC 控制方法 有 了更加靈活、有效的實(shí)現(xiàn) 平臺(tái) ， 所以 ， 聯(lián)合 電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)，對(duì) AFS/DYC 集成控制策略 的 研宄有利于進(jìn)一步 提升汽車的 穩(wěn)定性 。 Nagai,shino M 等人 設(shè)計(jì)了前饋控制器和魯棒次優(yōu)狀態(tài)反饋控制器對(duì)主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向和橫擺力矩控制進(jìn)行協(xié)調(diào)控制 ，較好地解決了 AFS 與 DYC 在橫擺角速度或者質(zhì)心側(cè)偏角方面 的集成控制問題 [3,9]。 另一種方法是通過控制轉(zhuǎn)向角，而轉(zhuǎn)向角控制最實(shí)用有效的方法是主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ AFS），這種方法就是依據(jù)駕駛 狀況 ，自動(dòng)調(diào)節(jié)車輛轉(zhuǎn)向 系統(tǒng)的 傳動(dòng)比，從而 給 前 輪 增加一個(gè)附加 的轉(zhuǎn)向角度。經(jīng)歷了 60 余年的發(fā)展 , 滑模控制已形成 了 一套比較 完善 的理論體系，并已廣泛應(yīng)用到各種工業(yè)控制之中。 2) 指數(shù)趨近律 ? ? 0k,0,s g n ???? ε＞skss ?? () 當(dāng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)離滑模面較遠(yuǎn)時(shí)，趨近速度取決于 ks? ；而當(dāng)狀態(tài)運(yùn) 動(dòng)點(diǎn)離滑模面較近時(shí)，趨近速度取決于 ? ?ssgn?? 。 Fy fayxvxvyvb?F y rbdfMz 圖 二自由度模型轉(zhuǎn)輪 如圖 所示，汽車線性二自由度動(dòng)力學(xué)模型的兩 個(gè)自由度分別為側(cè)向運(yùn)動(dòng) (V)和橫擺運(yùn)動(dòng)（ r),如圖 所示。因此，需要對(duì)式 ()的線性模型進(jìn)行調(diào)整，如式 ()所示 zffrffrz MacrvbcacacbcrI ?????? db 22)(? () 同時(shí)，為簡(jiǎn)化滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)，定義實(shí)際橫擺角速度 r 和期望橫擺角速度 dr 的誤差為滑模面，即： drreS ??? 22 () 式中， 2e 為橫擺角速度誤差。 參 考 模 型δfvrdD Y C控 制 器MzA F S控 制 器βd車 輛 模 型rdδiiT?驅(qū) 動(dòng) / 制 動(dòng)分 配 策 略vβrδi 圖 集成控制開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 第一層為 決策 層，包括駕駛員、參考模型、 AFS 控制器和 DYC 控制器。 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 543210123時(shí)間 t/s前輪轉(zhuǎn)向角df/ deg 圖 低速參考模型的控制輸入 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 19 表 整車仿真參數(shù) 參數(shù) 定義 數(shù)值 m 整車質(zhì)量 kg ms 簧上質(zhì)量 kg a 質(zhì)心至前軸的距離 1 m b 質(zhì)心至后軸的距離 m Tf 前輪之間的距離 m Tr 后輪之間的距離 m hcg 簧上質(zhì)量重心高度 e 簧上質(zhì)量的質(zhì)心至側(cè)傾軸的距離 m Iz 整車橫擺轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 1627 kg 綜上所 述 ，該仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，與前文的設(shè)計(jì)思路相一致。通過無控制， DYC 控制和 DYC+AFS 集成控制，驗(yàn)證了集成控制策略在保障汽車行駛穩(wěn)定與安全上的有效性。還需要大量的人力，物力，財(cái)力來驗(yàn)證它在實(shí)車上的運(yùn)行效果。且與單純的 DYC 控制相比 ， AFS+DYC 集成控制在達(dá)到 相同的效果時(shí)，所需的橫擺力矩更少，且對(duì)縱向速度的影響跟小。m2 Ixz 簧上質(zhì)量 繞 x 和 z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣性積 0 kgAFS 控制器和 DYC 控制器則是根據(jù)駕駛意圖與理想狀態(tài)的差值來對(duì)車輛狀態(tài)進(jìn)行補(bǔ)償，以保證車輛的操縱穩(wěn)定性。 將其帶入式（ )中，可得 ? ?2222222 s g n)( SSKrIMI acrvI bcacI acbcS dzzfzfzrfzfr ?db ?????????? ?? () 最后，對(duì)式 ()進(jìn)行變換，可得滑?？刂破鞯妮斎胱兞?zM ? ? ???????? ????????? 222222 s g n)( SSKrI acrvI bcacI acbcIM dfzfzrfzfrzz ?db ? () 由上式可以看出，控制器的輸入變量 zM 中含有前后輪轉(zhuǎn)角 fd 。 將車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)微分方程轉(zhuǎn)化為狀態(tài)方程，其狀態(tài)量 ? ?TrX b? ，輸入向量fu d?，這狀態(tài)方程為： BuAXX ??? () 其中， ???????22211211 aa aaA ???????22211211 bb bbB 可展開為： ?????????ffbraar braa db dbb212221111211?? () 其中， mvcca rf ???11，212 1 mvbcaca rf ???? ，zrf I bcaca ???21 , vI bcacazrf 2222 ??? mvcb f?11,zfIacb ?21 車輛理想?yún)⒖寄Ｐ? 本節(jié)會(huì)設(shè)計(jì)汽車?yán)硐雲(yún)⒖寄Ｐ停员銓Ⅰ{駛員的轉(zhuǎn)向意圖轉(zhuǎn)換為操縱穩(wěn)定性意圖 ， 即期望的橫擺角速度 dr 和期望的質(zhì)心偏側(cè)角 db 。 3) 冪次趨近律 100),s g n ( ＜α＜,k ＞ssks ???? () 4) 一般趨近律 ? ? 0,)s g n ( ＞sfss ?? ???? () 其中， ? ? ? ? 0,0,00 ＞ssfsf 時(shí)當(dāng) ?? 。系統(tǒng)一旦到達(dá)切換 超平面 ，控制作用將保證系統(tǒng)沿切換超平面到達(dá)系統(tǒng)原點(diǎn)，這一沿切換超平面向原點(diǎn)滑動(dòng)的過程稱為滑?？刂?。在高速時(shí)，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比增大， 給 前輪 一負(fù)值的附加 轉(zhuǎn)向角度， 減小汽車的轉(zhuǎn)向過度，提高了汽車的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。 北京理工大學(xué)的陳思忠教授研究了把輪胎的非線性和汽車動(dòng)力性考慮在內(nèi)的直接橫擺力矩控制 (DYC)，以提高大側(cè)偏角和高側(cè)向加速度的操縱穩(wěn)定性和主動(dòng)安全性 [11]?；诖?，四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng) 輪 汽車 能 實(shí)現(xiàn)主動(dòng)懸架的集成控制。因此，針對(duì) AFS 和 DYC 集成控制方式存在的協(xié)調(diào)控制問題，本文采用了分層控制方法進(jìn)行了解決，并通過滑模變結(jié)構(gòu)控制理論分別對(duì) AFS 和 DYC 控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從而使汽車輪胎的側(cè)向力在線性范圍時(shí)，主要通過 AFS 來實(shí)現(xiàn)期望的橫擺力矩，當(dāng)汽車輪胎的側(cè)向力超出線性范圍時(shí)，超出部分將由 DYC 來實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞： 電動(dòng)汽車，車輛穩(wěn)定性控制，滑?？刂?， simulink 仿真 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 II Integration control tactic of AFS and DYC in electric vehicle Abstract With nearly 50 years of development,the application of AFS (Active Front Steering)and DYC (Direct Yaw Control)bees more and more wilder and riper in traditional internalbustion engine vehicles and Greatly improve the vehicle steering stability. But with the development of electric vehicle,especially making breakthrough in Wheel hub motor technology ,it is more controllable and flexible than traditional vehicle and can provides more broad technology platform for AFS and DYC technology. However,the increasing people’s requirement for active safety technology,promoting the development of integration control of AFS and DYC .but there is a coordinated control problem in integration control means of AFS and DYC,namely when they are working together ,the yaw moment produced by them will interact each other .This condition not only add the burden of control system,but also reduce system’s effect. Therefore,t