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车辆防抱死制动系统的控制技术研究

作　者: 侯光钰
导　师: 张为公
学　校: 东南大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 防抱死制动系统模糊控制遗传优化滑模控制 H_∞控制车轮多维力技术
分类号: U463.526
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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引　用: 9次
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内容摘要

防抱死制动系统(ABS)做为汽车的主动安全性装备,已在世界各地得到了广泛的应用。由于轮胎特性的强非线性,及制动执行机构存在的时间滞后的因素,另外,路面条件在较大的范围变化所有这些都给ABS的控制带来了困难。必须采用鲁棒性强的控制方法进行控制器的设计,本文围绕ABS的控制技术展开了研究,主要工作如下:1.建立了车辆系统的单轮模型、半车模型和整车模型。单轮模型用来进行控制器的设计研究,半车模型用来进行载荷转移的分析,整车模型用于转向制动、分离附着系数路面情况下的研究。采用径向基神经网络建立了轮胎的模型,该模型与“魔术公式”有很好的一致性。2.采用模糊控制理论进行了基于滑移率的ABS控制器的设计,在不同路面下设定不同的参考滑移率,以滑移率的跟踪为控制目标,对设计的控制器在不同附着系数路面和不同制动初始车速工况下的制动进行了仿真,并进行了附着系数发生跃变时的仿真,结果表明模糊控制器有良好的跟踪性能。利用遗传优化算法进行了模糊控制规则的隶属度函数的优化设计,通过对优化前后控制结果的比较,可以认为遗传优化用于模糊控制的规则调整是有效的。3.当考虑制动执行时间滞后因素时,模糊控制的调节频率过高,采用滑模变结构控制可以很好的解决这个问题。本文采用Utkin的滑模控制理论进行了ABS滑移率的控制研究,采用边界层方法克服控制中出现的颤振现象,获的了满意的控制效果。4.前述的控制器仅能保证控制的稳定性,而对其它性能指标并没有要求。本文将带有不确定参数的系统的鲁棒控制问题转化为H∞控制的标准问题,考虑ABS由路面变化引起的参数变动问题,在保证滑移率跟踪的前提下设计了满足二次型性能指标的的控制器,仿真结果表明该控制器能够克服路面变化的影响。5.在转向制动方面,建立了考虑差动制动力矩的模型,通过仿真得到了有、无ABS情况下,横摆角速度和侧向加速度的响应。从响应对比中,可以知道在同等条件下ABS能减小横摆角速度和侧向加速度的数值,但增加了这些量的变动频率。6.介绍了基于车轮多维力技术构建的ABS性能测试道路试验系统。详细介绍了车轮多维力测量技术,并对系统所用的主要传感器进行了介绍。采用该试验系统在定远汽车试验场进行了ABS在不同初始车速和不同路面附着系数情况下的对比试验。通过对结果的分析,可以认为基于多维轮力测量技术构建的试验系统能够满足ABS性能测试的要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-23
  1.1 引言  9-10
  1.2 ABS的基本原理及组成  10-16
    1.2.1 ABS的工作原理  10-12
    1.2.2 ABS的基本组成  12-13
    1.2.3 ABS在汽车上的布置方案  13-16
  1.3 ABS技术的发展、现状和趋势  16-19
    1.3.1 ABS的发展历史  16-18
    1.3.2 ABS在国内外的发展现状  18
    1.3.3 ABS的发展趋势  18-19
  1.4 ABS的研究方法  19-20
  1.5 本文研究的目的和意义  20-22
  1.6 本文研究的主要内容  22-23
第二章防抱死制动系统的动力学模型  23-39
  2.1 引言  23
  2.2 车辆模型  23-28
    2.2.1 车辆坐标系定义  23-24
    2.2.2 车辆动力学模型  24-28
  2.3 轮胎力学模型  28-34
    2.3.1 H.B.PACEJKA的魔术公式  29-31
    2.3.2 基于RBF神经网络的轮胎模型  31-34
  2.4 液压调节系统模型  34-36
  2.5 制动器模型  36-38
  2.6 本章小结  38-39
第三章防抱死制动系统的模糊控制研究  39-61
  3.1 引言  39
  3.2 ABS的逻辑门限值控制  39-45
    3.2.1 以车轮制动加、减速度为门限值的控制  39-41
    3.2.2 以车轮的制动角加、减速度和滑移率为组合的逻辑控制  41-45
  3.3 以滑移率最优为目标的ABS模糊控制  45-57
    3.3.1 模糊逻辑的基本原理  46-48
    3.3.2 基于滑移率的模糊控制器的设计  48-57
  3.4 利用遗传算法进行模糊隶属度函数的优化  57-60
    3.4.1 遗传优化策略设计  57-59
    3.4.2 遗传优化过程与结果  59-60
  3.5 本章小结  60-61
第四章防抱死制动系统的滑模控制研究  61-82
  4.1 引言  61
  4.2 路面识别技术  61-64
    4.2.1 基于有限状态机理论的最优滑移率估计  62
    4.2.2 基于滑模理论的最优滑移率估计  62-64
  4.3 ABS的滑模控制研究  64-70
    4.3.1 滑模变结构控制的基本原理  65-66
    4.3.2 滑模变结构控制的设计理论  66-68
    4.3.3 ABS滑模变结构控制器的设计  68-69
    4.3.4 ABS滑模控制颤振现象的消除和仿真研究  69-70
  4.4 本章小结  70-82
第五章防抱死制动系统的H_∞控制研究  82-95
  5.1 引言  82
  5.2 H_∞控制的标准问题  82-85
  5.3 H_∞控制的设计理论  85-88
    5.3.1 H_∞控制的状态反馈设计  85-86
    5.3.2 参数不确定系统的鲁棒控制  86-88
  5.4 含参数不确定性的ABS鲁棒控制  88-91
  5.5 车辆转向制动研究  91-94
  5.6 本章小结  94-95
第六章防抱死制动系统的试验研究  95-111
  6.1 引言  95
  6.2 车轮多维力测量技术  95-99
    6.2.1 传感器弹性体的结构设计  96-97
    6.2.2 应变片布片及组桥  97-98
    6.2.3 多维轮力传感器的信号传输  98-99
  6.3 基于多维轮力测量技术的汽车道路试验系统  99-101
  6.4 ABS性能试验研究  101-110
    6.4.1 试验法规及试验场地  101-103
    6.4.2 实车试验结果  103-110
  6.5 本章小结  110-111
第七章全文总结与展望  111-112
致谢  112-113
参考文献  113-121
附录  121-122
作者攻读博士学位期间发表的论文  122

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