基于模糊PI控制器的爆胎车辆稳定性控制研究

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高速行驶中的车辆发生爆胎是十分危险的状况,会给人们的生命财产造成巨大的损失,目前,国内外对车辆稳定控制系统的研究多集中于对车身的稳定性控制,而对爆胎车辆的稳定控制研究较少。考虑到车辆的爆胎过程是一个复杂的非线性过程,轮胎的力学特性会发生非常快的变化,进行理论和实验研究都非常困难,本文通过对爆胎车辆运动特性的分析,建立并验证了仿真模型,设计了爆胎车辆稳定控制系统,仿真结果表明,模糊PI控制器能够很好的控制爆胎车辆稳定性,并且能够缩短制动距离。论文主要研究内容分为两大部分:  第一部分可以概括为模型的建立和验证。主要内容有:根据对车辆运动方程的分析,建立了二、七自由度车辆模型,以二自由度模型表示理想的车辆运动状态,七自由度模型模拟爆胎车辆的运动状态,通过对比分析各种轮胎模型的特性,本文以轮胎刷子模型为基础建立了爆胎轮胎模型,并将其运用到七自由度车辆模型中计算轮胎力。根据车辆运动学公式,在MATLAB/Simulink中搭建车辆仿真模型,同时利用专业的车辆动力学仿真软件ADAMS/Car和CarSim建立车辆模型,通过对比三种软件仿真车辆双移线实验的结果,验证了Simulink中建立模型的准确性。  第二部分概括为控制系统的设计和仿真。主要内容有:通过对比质心侧偏角和横摆角速度两种车辆稳定性控制方案,根据对爆胎车辆的仿真和相平面分析,选取车辆横摆角速度值作为被控变量,控制策略选取差别制动方式,通过制动力分配来实现对爆胎车辆的稳定性控制。针对爆胎的非线性、时滞性特点,控制算法采用模糊控制,考虑到模糊控制缺少积分环节,控制欠细腻,因此,在模糊控制器的基础上“串联”了 PI控制器。根据前期建立的模型和控制系统,仿真车辆在高速直行情况下前轮和后轮发生爆胎后的运动状态,仿真结果表明,模糊PI控制器的控制效果要比模糊控制器的控制效果好,设计的模糊PI控制系统能够很好的控制爆胎车辆的稳定性,并且能够缩短制动距离。  论文的创新点包括三个方面:第一是利用轮胎刷子模型建立了爆胎轮胎模型,该模型可以反映轮胎的刚度、有效滚动半径、接地印迹长度等参数在爆胎过程中的变化;第二在Simlink中搭建了车辆七自由度模型,并通过ADAMS/Car和CarSim专业车辆动力学软件对车辆模型进行了仿真验证;最后是设计了模糊PI控制器进行爆胎车辆的稳定性控制,取得了很好的控制效果。
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