基于模糊自寻优控制的汽车主动控制系统的仿真参数分为静态参数和动态参数。静态参数主要包括:汽车基本外型参数、转动惯量、轮胎特性参数、弹簧和减振器特性参数等。这些参数是在汽车静态下测量得到的, 因此不需要传感器的参与。汽车动态参数是在汽车驾驶过程中通过传感器测量得到的汽车实时状态参数。汽车动态参数主要包括汽车横摆角速度、侧向加速度、车轮轮速以及转向盘转角等参数。
1 汽车静态参数的确定
1.1 汽车质心高度
汽车质心高度是汽车操纵稳定性的一个重要的静态参数, 所以, 首先给出汽车质心高度的测量方法。在测量质心高度时, 要将制动力释放, 将传动系统处于自然位置, 同时车轮能够自由转动。
1.2 汽车转动惯量的测量
汽车绕轴转动惯量是汽车保持前进而不发生甩尾的重要参数。汽车转动惯量的测量原理, 应用欧拉公式可以得到计算汽车转动惯量的公式。
1.3 汽车轮胎特性
汽车轮胎是汽车与地面之间的传力元件, 起着承载、转向、驱动、制动的作用, 其性能的优劣将直接影响到汽车的动力性、转向操纵性、行驶平顺性、越野性、乘坐舒适性以及安全性等。
1.4 汽车悬架特性
减振弹簧的特性尽管弹簧的特性不是线性的, 但是可以用不同斜率的包络直线得到轮胎在静载荷下的特征。
2 汽车主动控制子系统模型
在汽车主动控制子系统中, 共包括四个模块:传感器、控制器、执行器和结果的真实性核对和容错开关模块。在这个子系统中, 有七个输入变量:汽车转向盘转角、横摆角速度、纵向和侧向加速度、车轮转速、制动和驱动力矩等。输出变量有2个, 施加给四个车轮的驱动力矩和制动力矩。在子系统中, 加入了故障存储器, 一旦主动控制系统出现故障, ECU将只允许驾驶员对汽车进行操纵;如果主动控制系统正常运行, 则容错开关开启, 子系统允许汽车由主动控制系统和驾驶员同时控制。在驾驶状况良好的时候, 容错开关的值设为1, 这时, 驱动力矩不做调整, 当遇到紧急情况或者路面状况坏时, 汽车主动控制子系统将对发动机管理系统发出信息, 管理发动机增加或者减小驱动力矩, 同时, 制动系统也随着做出相应的调整。
2.1 传感器子系统
传感器子系统 (Sensors) 是向控制系统提供汽车行驶数据的系统。这些数据包括:转向盘转角、横摆角速度、横向加速度、纵向加速度和车轮转速。汽车行驶状态和驾驶员驾驶意图都是通过传感器传输给控制系统的。为了能够让汽车在传感器出现错误时也能正常工作, 子系统要求传感器系统能够检测出信号是否正确, 因此, 传感器系统必须具有自检测功能。
2.2 控制器子系统
控制器子系统 (Contro1ler) 是汽车主动控制系统中很重要的一个模块, 在控制器模块中, 可以通过计算比较, 发出对汽车的制动干预和对发动机驱动力矩的干预。它是由三个子系统组成:状态观测器系统、控制算法系统和控制策略系统。
(1) 状态观测器。
现实中, 汽车纵向速度和滑移角这两个参数是很难测量的。因此, 控制器子系统需要建立状态观测器, 专门计算纵向速度和滑移角。状态观测器是利用传感器能够直接测量到的汽车参数 (车轮轮速、纵向和侧向加速度、横摆速度和转向盘转角) 来计算汽车纵向速度和滑移角。
(2) 控制算法。
控制算法 (Control Algorithm) 子模块是汽车主动控制系统的一个重要模块, 这是因为对执行器发出制动干预和对发动机发出驱动干预的命令都是由控制算法完成的。控制算法实现这个功能是由模块中并行的侧滑角限值控制和横摆角速度控制两部分独立完成的。
(3) 控制策略。
汽车按照横摆角速度控制和按照侧偏角限值控制行驶, 所得到的动作方向是相互矛盾的, 所以横摆角速度控制和侧偏角限值控制是不能同时工作的。因此为了能够获得希望的汽车行驶路线, 就必须设置一个控制模块, 让控制算法在横摆角速度控制和侧偏角限值控制模块中通过选择开关进行选择。这个功能由控制策略模块完成。
3 执行器子系统
汽车主动控制系统没有独立的执行系统, 因此, 控制器发出的对汽车车轮的制动力矩和驱动力矩改变的命令必须通过其他系统的执行器完成。
3.1 制动系统结构
汽车主动控制系统制动器与汽车ABS通用, 因此将汽车主动控制系统的制动系统称为ABS。ABS的任务是防止汽车在制动过程中车轮抱死。如果车轮发生抱死现象不仅会使制动效能下降, 而且更加严重的是能使横向附着力降低。ABS模块调节制动压力, 使汽车的滑移率在10%~30%之间, 从而获得期望的汽车减速度以及汽车侧向力。
3.2 驱动防滑系统结构
在汽车加速、转弯或者在湿滑路面上行驶时, 车轮容易产生滑转, 从而使汽车失去控制, 驱动防滑系统可以在这些情况下, 增加汽车的驱动力和侧向力以防止汽车发生激转失去操纵稳定性。
4 系统故障监测系统
汽车主动控制系统可靠性的提高首先需要传感器能够提供高质量的可靠的汽车实时动态信号。传感器的故障, 尤其是横摆角速度和转向盘转角传感器出现故障, 会对汽车主动控制系统可靠运行造成很大的影响, 甚至会出现错误的指令, 使汽车失去操纵稳定性。为了避免汽车这种不安全因素的影响, 汽车传感器发给控制系统的信号必须经过交叉检查。如果检查发现出现错误信号, 汽车主动控制系统立即做出反应, 停止主动控制系统对汽车的控制, 把控制权交给汽车驾驶员, 并通过控制面板向驾驶员进行提示。
5 仿真结果
采用整车模糊控制的整车质心横摆角速度、侧向加速度和车身侧倾稳定角的稳定时间都较未控制的整车质心横摆角速度和侧向加速度的稳定时间都有了一定的缩短, 而且峰值在一定程度上得到了改善, 经模糊控制的汽车角阶跃输入下的测试表明, 汽车主动控制系统经过模糊控制以后, 各参数能够在最短的时间内达到比较理想的数值, 能够让汽车尽快的回到安全的操纵稳定性范围内。根据汽车操纵稳定性指标限值与评价方法可知:采用了模糊控制的汽车主动控制系统的整车模型性能比未加控制的整车模型性能要好。
摘要：汽车动力学是研究所有与汽车系统有关的学科, 它涉及的范围很广, 尽管有很多其他方面的因素影响着汽车或者其子系统的动力学响应 (如发动机、传动系统、加速、制动、防抱死和牵引力控制系统等) , 但汽车动力学的主要研究领域仍是操纵动力学 (操纵稳定性) 和行驶动力学 (平顺性) 两个分支, 本文就单从操纵动力学这个角度的整车性能进行仿真试验。
关键词：汽车,ESP系统模型,模糊仿真
参考文献
[1] 皮大伟, 陈南, 王金湘.模糊逻辑在车辆稳定性控制系统中的应用[J].东南大学学报 (自然科学版) , 2008 (1) .
[2] 张红瑞, 郭振东.汽车电子稳定系统ESP浅谈[J].汽车运用, 2006 (7) .
[3] 沈沉, 惠有利.电子机械式制动执行器硬件在环仿真[J].交通与计算机, 2008 (5) .