汽车系统动力学第18章 车辆动力学集成控制及应用CarSim的实例分析.ppt

图18-7　CarSim环境下的整车模型结构 二、仿真结果和分析 首先,利用MATLAB/Simulink分别对四种不同控制情况的车辆与无任何控制的车辆在该软件环境下进行了实现。对四种不同情况的车辆分别标号为车辆①:仅装有4WS;车辆②:仅装有DYC;车辆③:4WS与DYC两个子系统集成;车辆④:4WS与DYC再与ARC三者集成,详细的车辆编号参见表18-1。对四种情况进行了仿真,并与无控制的基准车辆进行了结果对比,验证所设计的集成控制器的潜在控制效果。 * * * * * * * 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是,集中式结构控制器是由整车厂与各供应商协作共同开发。 图18-3　集中式控制结构 　三、分层-监督式结构 虑到软件和硬件方面的综合优势,目前较好的结构方案是介于分散式和集中式结构之间的一种折中方式,即所谓的“分层-监督”式结构,如图18-4所示。 图18-4　分层-监督式结构 一、纵向和侧向系统集成 在XOY平面,制动/驱动和转向是车辆纵向、侧向动力学控制的主要系统。在制动/驱动和转向系统的集成控制中,可以对ABS、ESC以及AFS/4WS等子系统间进行集成。 纵向和侧向控制系统在控制效能和平滑性方面各有优缺点。具体表现为:①在有效作用域内,当轮胎处于小侧向加速度、小侧偏角的线性域时,转向控制系统(如4WS、AFS 等)在操稳性上可以取得较好效果;但在紧急工况下(大侧向加速度、大侧偏角时,即轮胎进入非线性域时),转向控制通常不能取得满意效果,而直接横摆力矩控制则能显著地提高操纵稳定性; 第三节　集成控制策略 ②在控制系统实施干预的平滑性方面,基于制动的稳定性控制系统会导致纵向加速度突然变化,在一定程度上会影响驾驶舒适性能。而基于驱动力分配的直接横摆力矩控制系统只是重新分配左右车轮驱动力,从而保证纵向动力学不受干扰,因而干预相对平滑。在侧向加速度较低工况下,主动转向能够在驾驶人不察觉的情况下实施横摆力矩干预。 二、悬架系统的集成 悬架控制可以显著影响轮胎动载荷和车身姿态。 从纵向、侧向和垂向三个方向上来看,包括悬架控制系统的集成控制主要可分为:①通过悬架控制轮胎垂向载荷,保证抓地性以充分利用附着;②在主动制动干预的基础上,通过悬架(主动悬架、连续阻尼可控系统CDC和主动抗侧倾稳定杆Active Anti-Roll Bar)来调节轮胎垂向载荷,间接产生辅助的稳定横摆力矩,以此来尽可能减少主动制动的干预,避免突然制动带来较大的纵向速度变化。 一、基于轮胎力最优分配的车辆动力学集成控制结构 对于有多个主动控制系统的车辆,主动控制执行器输入的数目一般大于其要控制的车辆状态的数目,称为“执行器冗余”(over-actuation)现象。在存在执行器冗余的情况下,有两个问题至关重要: ①如何选择最有效的执行器来完成目标功能; ②在给出合理的轮胎执行器输入时,如何考虑轮胎的饱和非线性以及诸如路面附着状况等各种实际约束条件。 第四节　一种基于轮胎力最优分配的集成控制方法 “主环-伺服环”分层控制结构,如图18-5所示。 图18-5　基于轮胎力最优分配的“主环-伺服环”分层控制结构 由图可知,首先由主环控制器给出车体运动控制所需的力和力矩,例如车辆在XOY平面内的纵向力、侧向合力和横摆力矩,即Fud=[Fxd　Fyd　Mzd]T。然后,在伺服环中,将轮胎作为复杂且特殊的“执行器”