基于横摆角速度的汽车ESP系统的仿真研究

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1、基于横摆角速度的汽车ESP系统的仿真研究仇建华张永辉张俊溪王鑫(西安航空技术高等专科学校车辆与医电工程系，陕西西安710077)【摘要】横摆角速度是控制汽车横向稳定性的主要控制变量。基于横摆角速度对汽车ESP系统进行仿真研究，首先在建立ADAMS／CAR中建立汽车整车模型，然后建立汽车理想二自由度参考模型，设计横摆角速度反馈控制PID控制器。仿真结果表明，基于横摆角速度控制的ESP系统控制的汽车明显改善汽车横向稳定性，提高了汽车行驶安全性能。【Abstract】Themaincontrolvariableswhichcontrollateralst

2、abilityofvehicleistheyawrate，Inthisthesis，thesimulationofESPisbasedontheyawrate．First，thesoftwareADAMS／CARisap—pliedtodreatethemodelofwholevehicle，andthen2Dfreedomidealvehiclemodeliscreated，tode—signPIDcontroller．Theresult．ofsimulationshowsthatthevehiclewithESPbasedontheyawrat

3、efeedbackcontrolcouldimprovethelateralstabilityandthedrivingsafety．【主题词】横摆角速度稳定性汽车电子稳定系统(ESP)、制动防抱死系统(ABS)系统、制动系统模型等。整车模型建立完成之后，和驱动防滑控制系统(ASR)的扩展是汽车主动安通过蛇形试验对模型的合理性进行检验。全装置的一种形式。在紧急情况下，能辅助驾驶员自动控制汽车，在汽车侧向力还未达到地面最2汽车理想二自由度模型的建立大附着力前提下，通过对驾驶员的动作和路面实际情况进行判断之后，对汽车的行驶状态进行及在仿真过程中控制系统

4、需要实际横摆角速度时的干预，以保持汽车的稳定的行驶。本文以某和理想的横摆角速度作比较，因此需要建立汽车型轿车为研究对象，以横摆角速度作为汽车稳定理想参考模型如图1，通常是建立二自由度线性单性控制的主要变量，控制方法采用PID控制，设计轨模型⋯来计算得到汽车的参考横摆角速度。PID控制器，对汽车ESP进行仿真研究。．：‘1汽车整车模型的建立—]卢a，八汽车整车模型的建立采用的是比较先进的计』一算机自动建模的方法，即利用ADAMS／CAR建立非常直观形象的物理模型，其能够比较真实地反图1汽车理想二自由度参考模型映出汽车动力学特性。需要建立的汽车子系统模

5、型有：前后悬系统、转向系统、发动机系统、前后轮图1中F∥为前轮所受侧向力、F为后轮所受收稿日期：2010—09—13·l6·上海汽车2010．12侧向力，u。为前轴中点速度，Ⅱ为后轴中点速度。制方法，设计PID控制器。由图1可以得到汽车运动方程：fro(6+㈨)=c，‘+Cr‘，(1)4仿真控制系统设计、l=c·at·—C，·，·b其中整个仿真控制系统由3部分构成：ADAMS汽=6一JB—aw／u；a，=一+bto／u(2)车模型、汽车参考模型以及PID控制系统。图3将式(2)代入式(1)进行拉氏变换得N-自由为基于PID控制的仿真控制系统图。度单

6、轨模型传递函数，然后化简可以得到理想横摆角速度公式：詈㈤=忐(3)式中：m为汽车总质量；为汽车沿】，轴的速度；u为汽车沿轴的速度；∞为横摆角速度；为汽车绕Z轴的转动惯量；a为质心到前轴的距离；b为质心到后轴的距离；C，为前轮总侧偏刚度；C为后轮总侧偏刚度；as为前轮的侧偏角，at=6图3基于PID控制的仿真控制系统图一一ato／u，其中6为转向轮转角，为质心侧偏4．1单移线转向仿真角；0为后轮侧偏角，a=一+bw／u。(1)仿真条件：单移线仿真即汽车在规定的时间内，通过一个S型曲线样式的道路模拟汽车3PID控制器的设计的变道动作(汽车模型、汽车参考

7、模型的输入信号正弦输入)，汽车档位在5档，速度为85km／h，PID控制器是一种线性控制器，控制原理如图地面附着系数为0．6，开始转向时刻为1s，转向持2所示。在PID的调节下，控制器对误差信号分别续时间为3S，最大转角为100。。进行比例、积分、微分3种运算，其结果加权和构(2)图4为有、无ESP控制行驶轨迹图，图5成系统控制信号，传递给被控对象加以控制。为单移线条件下横摆角速度变化曲线，图6单移线条件下质心侧偏角的变化曲线。图4有无ESP控制轨迹图图2PID控制系统原理图从图4中看出，有ESP控制的汽车行驶稳定，PID控制器的数学描述形式为：能

8、按预期轨迹行驶；无ESP控制的汽车，出现后轮“(￡)=e()+KiJ[e(t)dt+Kjtb$(4)侧滑，失去行驶稳定性。