基于ABS和ESP的汽车稳定性控制仿真论文

基于ABS和ESP的汽车稳定性控制仿真摘要：针对汽车行驶中出现不稳定工况，设计了基于逻辑门限值控制的ABS控制器和基于横摆角速度控制的ESP控制器，建立MATLAB/Simulink仿真模型，分析汽车在危险工况的稳定性。结果表明，所建控制器能较好提高汽车操纵稳定性。关键词:ABS；逻辑门限值；ESP；PID;稳定性控制VehiclestabilitycontrolbasedonsimulationofABSandESPAbstract:Creatingathreshold-basedlogiccontrolABScontrollerandESPcontrollerbasedonyawratecontrolunderunstableconditionsforcars,usingMATLAB/Simulinksimulationmodeltoanalyzethestabilityandvehiclesindangerousworkingconditions.Theresultsshowthatthecontrollercanbebetterbuilttoimprovevehiclehandlingandstability.Keywords:ABS；threshold-basedlogiccontrol；ESP；PID;stabilitycontrol；汽车稳定性控制系统(ESP)是在汽车防抱制动系统(ABS)等主动安全技术的基础上发展起来的一项新型主动安全控制系统[1]。汽车防抱死制动系统(ABS)是一种主动安全装置，在汽车制动过程中自动控制和调节制动压力，消除制动过程中的侧滑跑偏、丧失转向能力等非稳定状态，使汽车获得良好的制动性能操纵性能和稳定性能[2]。ESP是利用轮胎的受力特性，改变汽车的横摆力矩，从而实现对汽车稳定性的调整，ESP可在汽车行驶的所有工况中起作用[3]。尤其是在汽车发生过多转向和不足转向时，ESP更具有突出的车辆稳定性控制效果。ABS与ESP的运用既有利于提高车辆的行驶稳定性，可以在缩短制动距离的同时，增加了控制性能，提高车辆的行驶的方向稳定性。1整车模型1.1车辆动力学模型忽略空气阻力与滚动阻力，采用汽车七自由度模型来描述车辆的动力学特性，汽车动力学方程如下式所示：m(vx-vym(vy-vxγm(γ)=aF式中：vxvx为汽车侧向速度β为汽车质心侧偏角；γ为汽车横摆角速度；δ为车轮转角；Fxij为轮胎所受的纵向力Fyij为轮胎所受的侧向力；a为质心到前轴距离;b为质心到后轴距离;d为汽车轴距。1.2轮胎模型本文采用的“魔术公式”轮胎模型是由荷兰Delft理工大学Pacejka教授在1987年提出的，是一个基于试验数据的半经验轮胎模型。(4)式中：Y为侧向力、纵向力；X为侧偏角或纵向滑移率；B刚度因子；C为曲线形状因子；D为峰值因子；E为曲线率因子；2ABS控制系统设计ABS的控制方法主要包括逻辑门限值控制、PID控制、滑模变结构控制、最优控制等。现在成熟的ABS产品大多采用逻辑门限控制，其原理是选择合适的门限值,建立ABS控制逻辑，进行增压、保压、减压等方式，使车轮滑移率保持在10%—30%之间[4]。从而获得较大的车轮纵向力和侧向力，使车辆具有较短制动距离的同时保持制动稳定性.首先制定逻辑门限值控制规则，若计算滑移率达到目标滑移率时，进入保压阶段；若计算滑移率小于目标滑移率时，进入降压阶段；若计算滑移率大于目标滑移率，进入增压阶段。本文以车轮滑移率为控制变量，使制动过程中保持最佳滑移率，具体控制逻辑如表1：表1控制逻辑λλ=λλ系统增压系统保压系统减压注：λ-计算滑移率；λ0以滑移率为控制变量，采用逻辑门限值控制，建立整车ABS控制系统结构框图，如图1：车辆模型计算滑移率车辆模型ABSABS控制器液压系统液压系统轮缸压力电磁阀控制信号图1整车ABS控制系统结构框图3ESP控制系统设计直接控制质心侧偏角和横摆角速度这两个控制参数非常困难,但是控制与这两个参数有密切关系的横摆力矩却相对容易些。控制横摆力矩最有效也是目前广泛采用的法是通过控制车轮之间的制动力分配。3.1名义横摆角速度车辆名义横摆角速度，是在一定车速和转向角条件下，驾驶员期望的车辆状态，其稳态状态下汽车的横摆角速度，如下式所示：ωr式中，K=mL2(a汽车在低附着系数路面行驶时,一般情况ωrmax<ωrmax>故名义横摆角速度值为：ωr03.2PID控制器设计设计PID控制器，用来自动调节横摆角速度，控制器的参数为kpu(7)式中：KP-比例放大系数；TI在MATLAB/Simulink中建立基于横摆角速度控制的ESP仿真模型，如图2：图2PID控制仿真图ESP控制系统通过车轮制动分配控制逻辑，作用到车轮，实时主动调节车轮制动力，防止汽车出现失稳现象，车轮制动力分配如表2，ESP整车控制系统如图2所示：表2车轮制动力分配ωωω控制车轮+++左前轮--+左后轮---右前轮++-右后轮车辆模型理想二车辆模型理想二自由度模型PID控制器制动力分配液压系统Pb（b）车速与左后轮速MT图2ESP整车控制系统如4仿真结果搭建系统的仿真模型，分别对ABS控制系统，ESP控制系统进行仿真。用于仿真初始条件为：车速65km/h,对开路面。（a）车速与左前轮速（c）车速与右前轮速（d）车速与右后轮速图3车速与轮速（a）正弦工况下转向盘转角（b）正弦工况下横摆角速度（c）正弦驻波工况下转向盘转角（d）正弦驻波工况下横摆角速度图4转向盘转角与横摆角速度5结论建立汽车7自由度动力学模型，并以汽车的轮胎滑移率、横摆角速度为控制变量，以MATLAB/Simulink为仿真平台，建立A