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面向变路面的汽车SBC最佳滑移率控制研究

2020-11-29阅读(935)

面向变路面的汽车SBC最佳滑移率控制研究

论文摘要

自从有了汽车在道路上行驶以来,就不可避免地出现交通事故问题,汽车行驶安全性成为历来最为关注的问题之一,汽车的制动性能直接关系到汽车行车安全,是汽车安全行驶的重要保障。基于滑移率和变路面的汽车电子感应制动系统(SBC)的研究为提高行驶安全性、操纵性和减少对环境的污染起到重要的作用,对进一步改善制动性能、保障运输过程中生命和财产的安全都具有重要的现实意义和研究价值。本文首先对国内外汽车电控制动系统的研究和实践进行了分析和总结,在此基础上分析了汽车SBC的结构特点和工作原理。由于汽车制动工况复杂多变,制动初速度越来越高,考虑相关因素建模很重要。在考虑载荷转移、空气阻力等因素的条件下,建立了四分之一汽车制动动力学模型和二阶液压制动系统模型,并对制动系统建模进行了分析和总结。路面识别及其准确性是研究基于滑移率和变路面控制的汽车SBC实用性的一项重要指标。根据有关文献提出的针对经验模型的变路面最佳滑移率确定方法,提出了一种在线逐级搜索最佳滑移率的方法。将路面分成不同级别,不同路面的制动力系数与滑移率关系有所不同,根据当前识别的路面制动力系数及变化趋势确定路面级别,以该路面的峰值附着系数对应的滑移率作为最佳滑移率。与原有方法相比,该方法避免了在线拟合经验模型和使用经验模型求极值,且每个识别点均可以找到对应的最佳滑移率。同时,降低了对路面附着状态估计准确性的要求,更符合汽车制动实际情况,要求的试验数据量较小。汽车SBC控制方法是其控制系统的关键技术。考虑汽车SBC运行工况复杂多变的实际情况,提出将模糊控制、模糊自整定PID参数控制、模糊滑模软切换控制、模糊滑模直接自适应控制、H_∞鲁棒控制方法与实时在线识别变路面及最佳滑移率控制结合起来分别对汽车SBC系统进行研究,使基于滑移率和变路面的控制效果进一步提升,更加适合变路面的实际情况。在变路面、高速下制动,通过仿真,五种控制策略控制下的汽车SBC都能够达到防止车轮抱死,提高车轮操纵稳定性,缩短制动距离,减小制动时间,达到良好制动效果。模糊滑模直接自适应控制、模糊滑模软切换控制、模糊自整定PID参数控制和H_∞鲁棒控制的变路面适应性比单纯模糊控制好。根据基本制动性能(制动距离、制动时间、附着利用情况)高、波动小、物理上易于实现的指标,模糊滑模直接自适应和模糊滑模软切换控制的汽车SBC性能比其余的好。对于变路面的通过模型和传感器估计的当前制动力系数信号,提出采用多分辨率分析方法对其信号进行分析和去噪,估计的反应附着能力利用的信号和搜索的最佳滑移率更加接近当前路面的真实情况,提高了SBC控制准确性,给出了分析结果验证其有效性。本文对汽车SBC进行了一定的试验研究,设计了控制器硬件和软件,通过试验说明了研制的汽车SBC的可行性、合理性以及实用性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题研究的背景及意义
  • 1.1.1 汽车安全性研究的重要性
  • 1.1.2 提高汽车安全性的装备及制动系统的作用
  • 1.1.3 本论文研究的意义
  • 1.2 国内外电子感应制动系统研究概况
  • 1.2.1 基于滑移率控制的电控制动系统研究现状
  • 1.2.2 电控制动系统控制方法研究状况
  • 1.3 路面附着条件辨识方法研究现状
  • 1.4 论文的研究对象及目标
  • 1.5 论文的研究内容
  • 1.6 论文的主要研究方法及技术路线
  • 第2章 汽车电子感应制动理论基础及系统建模
  • 2.1 汽车电子感应制动理论依据
  • 2.2 电子感应制动系统实现原理
  • 2.3 汽车制动动力学模型建立
  • 2.3.1 垂向-纵向动力学模型
  • 2.3.2 汽车制动时，垂向附加力和纵向附加力的计算
  • 2.3.3 初始条件及参数的计算
  • 2.4 汽车制动系统模型
  • 2.4.1 盘式制动器
  • 2.4.2 制动管路及轮缸
  • 2.4.3 盘式制动器及管路、轮缸综合模型
  • 2.4.4 鼓式制动器
  • 2.4.5 鼓式制动器及管路、轮缸综合模型
  • 2.4.6 液压调节装置
  • 2.5 计算和仿真用汽车参数
  • 本章小结
  • 第3章 变路面最佳滑移率的研究
  • 3.1 基于μ-s模型最佳滑移率确定方法分析
  • 3.1.1 双线性模型
  • 3.1.2 魔术公式
  • 3.1.3 Burckhardt μ-s模型
  • 3.1.4 Kiencke μ-s模型
  • 3.1.5 其它方法
  • 3.2 路面附着信号的获取
  • 3.2.1 由车身加速度估计
  • 3.2.2 根据车辆模型及车轮转速、制动轮缸液压估计
  • 3.3 逐级搜索最佳滑移率方法研究
  • 3.3.1 逐级搜索方法思路简述
  • 3.3.2 不同路面峰值附着系数与最佳滑移率的确定
  • 3.3.3 逐级搜索方法
  • 3.4 车速对最佳滑移率和峰值附着系数的影响分析
  • 本章小结
  • 第4章 基于变路面汽车SBC闭环控制策略的研究
  • 4.1 汽车电子感应制动系统控制方式
  • 4.2 仿真用路面模拟信号
  • 4.3 基于门限值控制的汽车ABS的研究
  • 4.3.1 仿真结果
  • 4.3.2 结果分析
  • 4.4 汽车SBC模糊控制的研究
  • 4.4.1 汽车SBC模糊控制状态分析
  • 4.4.2 汽车SBC模糊集定义
  • 4.4.3 隶属函数的确定
  • 4.4.4 模糊推理方法的选择
  • 4.4.5 仿真结果
  • 4.4.6 分析与讨论
  • 4.5 汽车SBC模糊自整定PID参数控制
  • 4.5.1 模糊自整定PID参数控制
  • 4.5.2 汽车SBC模糊自整定PID参数控制仿真
  • 4.6 汽车SBC的模糊滑模变结构软切换控制
  • 4.6.1 滑模切换控制
  • 4.6.2 模糊软切换控制
  • 0i'>4.6.3 利用模糊逻辑确定μ0i
  • 4.6.4 模糊软切换控制仿真
  • 4.7 汽车SBC的模糊滑模直接自适应控制
  • 4.7.1 模糊模型及逼近理论
  • 4.7.2 汽车SBC模糊滑模直接自适应控制器设计
  • 4.7.3 模糊滑模直接自适应稳定性分析
  • 4.7.4 汽车SBC模糊滑模直接自适应控制仿真分析
  • ∞鲁棒控制'>4.8 基于变路面汽车SBC的H∞鲁棒控制
  • ∞控制系统描述'>4.8.1 基于变路面的汽车SBC H∞控制系统描述
  • ∞控制问题'>4.8.2 H∞控制问题
  • ∞控制器设计'>4.8.3 基于变路面和滑移率的汽车SBC系统H∞控制器设计
  • ∞鲁棒控制器的仿真分析'>4.8.4 H∞鲁棒控制器的仿真分析
  • 4.9 几种控制方法的对比分析
  • 本章小结
  • 第5章 路面附着信号分析方法研究
  • 5.1 路面附着能力利用信号的采集
  • 5.2 基于小波多分辨率分析路面附着能力利用信号去噪研究
  • 5.2.1 小波变换
  • 5.2.2 小波多分辨率分析
  • 5.2.3 基于小波多分辨率分析在路面附着信号中的应用研究
  • 5.3.3 几种方法在路面附着条件估计中的特点
  • 本章小结
  • 第6章 汽车SBC控制器的研制及试验
  • 6.1 控制器硬件实现
  • 6.2 汽车单车轮制动性能试验台
  • 6.3 试验与分析
  • 6.3.1 基于门限值控制的汽车ABS
  • 6.3.2 基于模糊控制的汽车SBC
  • 6.3.3 模糊滑模软切换控制的汽车SBC
  • 6.4 三种试验结果比较分析
  • 本章小结
  • 结论
  • 致谢
  • 主要参考文献
  • 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果

    • 相关论文文献

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