【正文】 于這類 復(fù)雜系統(tǒng) ，比較好的處理方法是結(jié)合控制理論與經(jīng)驗形成一種魯棒性強的控制方 法，即將人的知識與經(jīng)驗引入控制系統(tǒng)的智能控制。 從以上分析可知，傳統(tǒng)的控制方法很難對復(fù)雜的汽車系統(tǒng)進行很好的控制， 必須尋找新的控制方法，并開發(fā)具有抗干擾能力較強、可靠性高的實時控制系統(tǒng)。 基于數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)控制和最優(yōu) 控制在理論上很成熟瞄 11261，它一般將汽車動力學(xué)模型局部線性化為二自由度模型，以橫擺角速度，側(cè)偏角為控制變量對系統(tǒng)進行控制，在理論上可以取得良好的控制效果。當用這種控制方式為某一車型開發(fā)新的裝置時，需要較長的時間和大量的試驗來確定和調(diào)整控制邏輯與控制參數(shù)，以達到最佳的控制效果。但是一旦控制參數(shù)確定，控制器的控制邏輯就被確定下來，只能對某些常見的工況得到適宜的控制，當條件改變時，就不能得到合適的控制，對于操縱穩(wěn)定性控制這個復(fù)雜的系統(tǒng)，控制不夠平穩(wěn)，控制系統(tǒng)中的各種門限值，都是經(jīng)過反復(fù)試驗得出的經(jīng)驗 數(shù)據(jù)，還沒有充分的理論依據(jù)。汽車操縱穩(wěn)定性控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，目前主要控制方法有邏輯門限值控制、普通 PID 控制以及數(shù)學(xué)模型狀態(tài)控制或最優(yōu)控制。宗長富淵等人建立人．車閉環(huán)系統(tǒng)動力學(xué)模型，提出了保證質(zhì)心側(cè)偏角為零的前饋和單神經(jīng)元兩種 DYC 控制策略。劉彩志閹討論了基于輪胎和汽車動力性試驗的控制策略，把輪胎的非線性和汽車動力性考慮在內(nèi)的直接橫擺力矩底盤控制，提高了汽車大側(cè)偏角和高側(cè)向加速度的操縱穩(wěn)定性和主動安全性。趙治國對汽車動力學(xué)穩(wěn)定性控制的基本原理進行了分析，推導(dǎo)出兩自由度汽車橫向動力學(xué)方程，視實際汽車前后輪胎側(cè)偏剛度為有界不確定參數(shù)，為跟蹤線性兩自由度理想車輛模型的穩(wěn)態(tài)輸出響應(yīng)，并設(shè)計了汽車動力學(xué)穩(wěn)定性變結(jié)構(gòu)控制策略。張成寶從理論上對汽車動力學(xué)穩(wěn)定性控制策略進行了分析，分別采用單一變量和多變量為控制參數(shù)進行了控制，并且分別以橫擺角速度、橫擺加速度、左右輪速差為單控制變量，采用了傳統(tǒng)的 PID 控制算法，多變量控制采用了以轉(zhuǎn)向角和橫擺角速度的反饋控制方法和以橫擺角速度和整車側(cè)偏角為控制參數(shù)的最優(yōu)控制方法。程軍用模擬的方法研究了車輛動力學(xué)控制系統(tǒng)，采用閉環(huán)的橫擺角速度及汽車側(cè)偏角控制，用它們之間的相平面分析確定控制策略，控制集成了基于滑移率控制系統(tǒng)的 ABS 系統(tǒng)。電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的裝配率還比較低，以往通常只在高檔車上才 裝配 ESP， 2020 年上市的東風(fēng)雪鐵龍的凱旋、一汽大眾的速騰和上海通用的君 越都配有 ESP，但是裝備的都是國外公司的產(chǎn)品，國內(nèi)還沒有自己的實際開發(fā)系統(tǒng)的能力，大多數(shù)學(xué)者只是基于理論的研究。 1． 2． 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 國外廠商為了開拓國內(nèi)市場，在中國建立了多家獨資或合資公司來開發(fā)研究 提高汽車操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng)，為國內(nèi)的整車產(chǎn)品匹配。在國外，特別是歐洲，越來越多的車型已將電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)作為其標準配置，國內(nèi)一些中高檔車型也逐漸將其作為標準配置， 2020 年大約 40％的新注冊車輛配備了 ESP，在高檔車上， ESP 已經(jīng)成為了標準配置，中檔車上的裝配率也迅速提高，在緊湊型車上裝配率稍低。天合集團通過系統(tǒng)集成進一步優(yōu)化電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng) (ESC)，滿足市場對更小巧、更輕便、性能更出色、更具燃油經(jīng)濟性的安全系統(tǒng)的要求。博世公司到 2020 年底，已為全球提供了 800 萬套汽車電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，從 2020 天津國際汽車零部件展覽會上獲悉，博世集團去年開始在蘇州生產(chǎn)的博世 ESP 全球銷量已超過 2020 萬套 1131。此外，尼桑公司及三菱公司等也都在開發(fā)自己的提高操縱穩(wěn)定性的動力學(xué)穩(wěn)定性控制系統(tǒng) 1121。豐田汽車公司開發(fā)出了動態(tài)穩(wěn)定性控制系統(tǒng) VSC，該系統(tǒng)通過主動差動控制來改善汽車在轉(zhuǎn)向極限時操縱穩(wěn)定性和方向穩(wěn)定性。兩年后，他們又推出第三代產(chǎn)品，從開始的只對橫擺角速度控制，增加到也對側(cè)偏角進行控制，從而使汽車操縱穩(wěn)定性控制更加完美。 從 1992 年， BMW 公司與 BOSCH 合作，開始致力于汽車電子穩(wěn)定程序的開發(fā)，并在當年推出了第一代系 (DSC)141’嘲’問系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在 BMW850Ci 上， 它只是通過監(jiān)測橫擺角速度來調(diào)整發(fā)動機的輸出扭矩來阻止汽車進入非穩(wěn)定性的工況。在 20 世紀 90 年代初，通過對車輛操縱穩(wěn)定性的理論分析，提出了直接對汽車橫擺運 動進行控制的概念 (如 DYC： Direct Yaw Contr01)，它通過采集方向盤轉(zhuǎn)角的信 息來判斷駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖，并通過制動力或驅(qū)動力在車輪上的分配來調(diào)節(jié)汽車 的橫擺運動，直接保障汽車的操縱穩(wěn)定性，這標志汽車穩(wěn)定性控制概念的出現(xiàn)。采用模糊邏輯控制策略，建立模糊邏輯的橫擺力矩控 制器來控制車輛操縱穩(wěn)定性的狀態(tài)參量，使得汽車運行的狀態(tài)與理想的狀態(tài)相一 致，實現(xiàn)簡單、低成本的汽車操作穩(wěn)定性控制的目的。不斷開發(fā)價格更低廉、性能更優(yōu)良的電子控制系統(tǒng)，已是當前提高操縱穩(wěn)定性的一條重要途徑。汽車電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)，英文縮寫為 ESP(ElectronicStability Program)。過去一直只限于改進輪胎，懸架，轉(zhuǎn)向與傳動系來 (被動地 )提高汽車固有操縱穩(wěn)定性。 綜上所述，隨著汽車動力性能的提高，汽車數(shù)量的增加，汽車的安全性和操 縱穩(wěn)定性顯得尤為重要，而汽車在高速或在低附著系數(shù)的路面上行駛時，由于受 到外界干擾或駕駛員轉(zhuǎn)向作用，側(cè)向附著力常常達到附著極限，容易喪 失操縱穩(wěn) 定性和方向穩(wěn)定性，造成交通事故的發(fā)生。 汽車操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過分緊張、疲勞的條件下，能遵循駕駛 者通過轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向輪給定的方向行駛，且當遭遇到外界干擾時，汽車能抵抗干 擾保持穩(wěn)定行駛的能力。要求汽車具有更好的可控性和更高的行駛安全性?，F(xiàn)代轎車的設(shè)計最高時速一般都大于 200km／ h，有的運動型轎車甚至超過 300km／ h。某些汽車在車速超過一個臨界值之后或向， t1,／ Jn 速度超過一定值之后，駕駛員已經(jīng)完全不能控制其行駛方向。這會增加駕駛員操縱困難或影響駕駛員作 出正確的判斷。正常汽車的轉(zhuǎn)彎程度，會通過轉(zhuǎn)向盤在駕駛員手上產(chǎn)生 相應(yīng)的感覺。這樣汽車在受到不平或突然陣風(fēng)的擾動時，也會出現(xiàn)這種搖擺。 (4)“晃 。 (3)“反應(yīng)遲鈍 。 (2)“賊”。操縱穩(wěn)定性不好的汽車，通常有如下的表現(xiàn)： (1)“飄 。早期的低速汽 車，還談不上操縱穩(wěn)定性問題，最早提出操縱穩(wěn)定性問題，是在具有較高車速的 賽車上。 最后 仿真結(jié)果表明 PID 控制方法可以較好地控制汽車的橫擺角速度，從而提高汽車的操縱穩(wěn)定性。其次運用 MATLAB／ SIMULINK軟件實現(xiàn)數(shù)學(xué)模型到仿真模型的轉(zhuǎn)換并對其進行仿真分析驗證，為控制研究提供了合理正確的模型。 本文針對 ESP 系統(tǒng)的特性，建立了合理的自由度汽車模型，并針對 ESP 系統(tǒng)的控制方法提出了以 PID 控制技術(shù)為核心的三種控制方法，進行了仿真研究。 摘要 汽車電子穩(wěn)定裝置 ESP 是繼汽車防抱死制動系統(tǒng)和汽車驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)之后，汽車主動安全性的又一重大飛躍。 ESP 系統(tǒng)能根據(jù)路面狀況及汽車運動狀態(tài)控制車輛的運動，防止汽車操縱失控，從而更加有效地提高汽車穩(wěn)定性能和行駛安全性。本文首先闡述了汽車 ESP 系統(tǒng)的基本思想和控制原理，建立了汽車參考模型及七自由度整車模型，其中輪胎模型采用“魔術(shù)公式 。 然后，針對汽車 ESP 系統(tǒng)的特點，運用 PID 控制 原理，設(shè)計了橫擺角速度 PID控制器 ，研究了利用 PID 控制器來控制橫擺角速度 。 關(guān)鍵詞：汽車電子穩(wěn)定裝置，整車模型，橫擺角速度，側(cè)偏角， PID 控制器 Then, based on the characteristics of car ESP systems, using PID control principle, design the PID controller yawrate using PID controller, the control yawrate. The simulation results show that the PID control method can better control car yawrate, thus making cars manipulation stability In addition， using control principle to direct at the nonlinear timevarying characteristics of ESP， PID controller was designed. ． Abstract The Electronic Stability System is all ascensive progress since the automotive antilock braking and antiskid control system succeeded in the aspect of automotive activesafety． For the ESP could adjust the automobiles to the road condition and moving status， it effectively prevents the occurrence of runaway operation SO that the stability and the safety will be reinforced． T}lis thesis aims at putting forward a fuzzy control technology as the core of the 3 main ways to do the simulation research in connection with the specific characteristic of ESP and the establishment of a vehicle model in an appropriate modulation． In this thesis， the basic idea and the control principles of ESP were expatiated and avehicle reference model and a vehicle model with seven degree of freedom were set up， which includes‘‘ Magic formula” applied to the tire model． Then by usingMATLAB／ SIMULINK software． the verification of emulation and analysis through theconversion from mathematic model to simulation model has been performed， which servesto get a nice model for the controlling research． Key words： Automotive electronic stability program， the whole vehicle model， yaw angular velocity,side angle， PID control 第一 章 緒論 汽車操縱穩(wěn)定性的研究，是與汽車車速的不斷提高分不開的。后來，隨著車速的不斷提高，在轎車、大客車和載貨汽車上也都不同程 度地出現(xiàn)了類似的問題。有時駕駛員并未發(fā)出轉(zhuǎn)向指令，而汽車自己卻不斷改變行駛的 方向，使人感到漂浮。就是汽車不聽駕駛員的操縱，突然地忽東忽西。駕駛員轉(zhuǎn)向指令雖已發(fā)出一段時間，但汽車還沒有轉(zhuǎn)向 反應(yīng)，或轉(zhuǎn)向過程完成緩慢。駕駛員給出穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向指令，但汽車卻左右搖擺，行駛方向難 于穩(wěn)定。 (5)“喪失路感’’。有些操縱穩(wěn)定性不好的汽車，特別是在車速較高時或轉(zhuǎn)向較劇烈時 會喪失這種感覺。 (6)“失去控制’’。 隨著高速公路的發(fā)展和汽車技術(shù)的進步，公路交通呈現(xiàn)出行駛高速化、車流密集化的趨勢。汽車在高速公路上的行駛速度通常也都在 lOOkm／ h，其次駕駛員的非職業(yè)化發(fā)展趨勢，使得車輛在高速行駛時出現(xiàn)了各種各樣的穩(wěn)定性問題。因此，汽車的操縱穩(wěn)定性日益受 到重視，成為現(xiàn)代汽車研究的熱點。汽車操控穩(wěn)定性不僅影響到汽車駕駛操縱方便程度，而且也決定高速行駛時的安全性，所以人們稱之為“高速公路的生命線”。因此，怎樣保證高速和在低附著系數(shù) 路面上的安全穩(wěn)定駕車是一個非常有價值的研究課題。 20世紀 80 年代中葉以來，隨著支持控制系統(tǒng)的計算機、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)的迅速發(fā)展，各汽車公司陸續(xù)開發(fā)、生產(chǎn)了多種顯著改善操縱穩(wěn)定性的電子控制系統(tǒng)。雖然不同的車型，往往賦予其不同的名稱，如 BMW稱其為 DSC，豐田、雷克薩斯稱其為 VSC，而 VOLVO汽車稱其為 DSTC，但其原理和作用基本相同。 本文研究的主要內(nèi)容是汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)的重要組成部分，涉及汽車主 動