基于路面附着系数估计的汽车4WS与ESP系统的协同控制研究

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本文考虑汽车4WS(Four Wheel Steering)系统在极限工况下的局限性,提出汽车4WS和ESP(Electronic Stability Program)系统协同控制来使4WS汽车在极限条件下更加稳定。由于路面状况对汽车4WS与ESP系统的工作效果的影响较大,本文采用扩展卡尔曼滤波法对路面附着系数进行估计,并用MATLAB编程验证了此方法的有效性。并基于不同的路面附着系数进行了 4WS与ESP系统的协同控制策略的设计,设计模糊协同控制器,通过CARSIM与MATLAB/Simulink联合仿真,进行对比,仿真结果表明汽车4WS与ESP系统协同控制策略的效果相比单独的4WS与ESP极大地提高了汽车的操纵稳定性。本文的具体内容如下:(1)确定稳定性控制参数,建立汽车整车动力学模型和参考模型,并通过模拟仿真,将实际模型与参考模型进行对比研究,验证了参考模型的准确性和实用性。(2)通过一定的模糊控制策略,分别设计汽车4WS与汽车ESP系统模糊控制器,并分别进行模拟仿真,验证模糊控制的可行性。进而验证单独的汽车4WS系统与单独的ESP系统能在一定程度上提高汽车的操纵稳定性。(3)在分析汽车4WS系统的局限性的基础上,考虑到不同路面附着系数对汽车4WS系统的影响。本文引入了扩展卡尔曼滤波算法,来估计路面附着系数,并通过MATLAB/Simulink与CARSIM联合仿真由可测得的参数进行路面附着系数的实时估计,验证了扩展卡尔曼滤波算法的准确性,为后文的基于路面附着系数的汽车4WS与ESP系统的协同控制奠定基础。(4)在MATLAB/Simulink中搭建4WS系统与ESP系统协同控制模型,并与单独控制进行仿真对比研究,结果验证了协同控制的有效性。在此基础上,分析了路面附着系数对汽车4WS系统的影响,从而引入路面附着系数对汽车4WS以ESP系统的协同控制进行优化设计,仿真结果表明,该优化策略能有效改善汽车的操纵稳定性。本文基于路面附着系数的估计进行了汽车4WS与ESP系统的协同控制研究,该控制策略相比单独的4WS与ESP系统极大地改善了汽车的操纵稳定性,具有很大的参考价值与研究意义。
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