【摘要】：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)是汽車底盤中兩個(gè)重要的子系統(tǒng),其性能直接影響汽車的操縱穩(wěn)定性、安全性及舒適性�，F(xiàn)代汽車上普遍應(yīng)用基于EPS的轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)協(xié)助駕駛員實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制,減輕駕駛員的轉(zhuǎn)向負(fù)擔(dān);應(yīng)用電子控制懸架系統(tǒng)改善汽車的乘坐舒適性及轉(zhuǎn)向工況下的操縱穩(wěn)定性。然而,因駕駛員操縱失誤及電子控制系統(tǒng)元器件故障,導(dǎo)致道路交通事故頻發(fā)及汽車使用性能下降,汽車道路行駛安全性及電子控制系統(tǒng)性能無(wú)法保證。將容錯(cuò)控制理論應(yīng)用于汽車轉(zhuǎn)向與懸架控制是提高汽車道路行駛安全性及可靠性的有效方法。論文主要以基于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(Electric Power Steering,EPS)的人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及半主動(dòng)懸架系統(tǒng)(Semi-Active Suspension System,SASS)為研究對(duì)象,對(duì)其容錯(cuò)控制策略進(jìn)行理論仿真和試驗(yàn)研究。完成的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下:1)分析了基于EPS的人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作在助力模式和輔助駕駛模式的原理及其判別方法。針對(duì)工作在助力模式的EPS,考慮EPS系統(tǒng)傳感器及執(zhí)行器同時(shí)故障及模型參數(shù)攝動(dòng),設(shè)計(jì)魯棒未知輸入觀測(cè)器同時(shí)估計(jì)傳感器及執(zhí)行器故障,有效抑制了參數(shù)攝動(dòng)對(duì)故障估計(jì)性能的影響。分別針對(duì)傳感器和執(zhí)行器故障,設(shè)計(jì)了主動(dòng)容錯(cuò)控制方法。仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證了提出的EPS主動(dòng)容錯(cuò)控制策略可降低故障對(duì)EPS助力性能的影響,各故障模式下的助力轉(zhuǎn)矩至少可恢復(fù)至原助力轉(zhuǎn)矩的80%。2)針對(duì)工作在輔助駕駛模式的EPS,考慮因駕駛員操縱失誤而導(dǎo)致的車道偏離,提出了基于EPS的輔助駕駛系統(tǒng)與駕駛員協(xié)同容錯(cuò)控制方法。建立了以縱向車速為時(shí)變參數(shù)的汽車-道路模型,基于模型預(yù)測(cè)控制方法設(shè)計(jì)了車道保持輔助系統(tǒng)(Lane Keeping Assist System,LKAS)控制器,以跨道時(shí)間觸發(fā)車道偏離預(yù)警作為判斷駕駛員操縱失誤的指標(biāo)。根據(jù)駕駛員狀態(tài)、汽車狀態(tài)、車路相對(duì)位置關(guān)系,實(shí)時(shí)決策駕駛員與LKAS控制器協(xié)同控制因子,并由協(xié)同控制因子與LKAS控制器的輸出轉(zhuǎn)矩決定輔助系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩。仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證了車道偏離人機(jī)協(xié)同容錯(cuò)控制可有效避免車道偏離,減小人機(jī)沖突。3)設(shè)計(jì)并比較了LQG及H_?控制器對(duì)SASS模型參數(shù)攝動(dòng)及作動(dòng)器故障的魯棒性。針對(duì)作動(dòng)器發(fā)生增益、偏差、卡死及信號(hào)中斷等故障對(duì)懸架系統(tǒng)性能的影響,設(shè)計(jì)了自適應(yīng)觀測(cè)器估計(jì)故障值,提出基于故障補(bǔ)償?shù)腟ASS主動(dòng)容錯(cuò)控制方法。仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證了提出的主動(dòng)容錯(cuò)控制方法可使故障懸架系統(tǒng)性能恢復(fù)至與無(wú)故障懸架相接近的水平。4)考慮轉(zhuǎn)向與懸架系統(tǒng)的耦合關(guān)系,建立分層結(jié)構(gòu)的人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向與懸架集成控制系統(tǒng)。上層優(yōu)化層建立基于EPS的人機(jī)協(xié)同轉(zhuǎn)向與懸架集成優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),采用遺傳算法優(yōu)化中間控制層中各子系統(tǒng)控制器參數(shù),由下層執(zhí)行控制層的控制指令并將輸出信號(hào)反饋給優(yōu)化層。進(jìn)一步的,針對(duì)轉(zhuǎn)向與懸架系統(tǒng)執(zhí)行器部分故障及完全失效,基于遺傳算法設(shè)計(jì)了故障分級(jí)的集成系統(tǒng)分層協(xié)調(diào)容錯(cuò)控制策略,降低了故障對(duì)汽車性能的影響。5)搭建試驗(yàn)臺(tái)架并驗(yàn)證容錯(cuò)控制算法的有效性。首先搭建了基于LabVIEW PXI的EPS硬件在環(huán)試驗(yàn)臺(tái)架,驗(yàn)證提出的EPS主動(dòng)容錯(cuò)控制算法的有效性;其次,搭建基于CarSim/LabVIEW RT的硬件在環(huán)試驗(yàn)平臺(tái),驗(yàn)證車道偏離人機(jī)協(xié)同容錯(cuò)控制系統(tǒng)的有效性;再次,在單通道電液伺服懸架動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行減振器力-速度特性試驗(yàn),進(jìn)一步在四通道道路模擬振動(dòng)臺(tái)上驗(yàn)證所提出的半主動(dòng)懸架容錯(cuò)控制算法的有效性;最后,基于Casim汽車模型實(shí)現(xiàn)SASS與LKAS集成控制,在人機(jī)協(xié)同車道偏離輔助系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)上分析了SASS完全失效對(duì)LKAS及汽車性能的影響。
【圖文】：

圖 2.1 EPS 系統(tǒng)示意圖Fig 2.1 Schematic diagram of EPS system統(tǒng)工作在轉(zhuǎn)向助力模式和輔助駕駛模式時(shí)，在助力控制器和輔對(duì) EPS 工作模式進(jìn)行判別，其判別方式如圖 2.2 所示。圖 2.2 EPS 工作模式判別獲取駕駛員操縱狀態(tài),td d thdt tT T 獲取轉(zhuǎn)向信號(hào)燈狀態(tài)信號(hào)燈開啟轉(zhuǎn)向助力模式獲取車路相對(duì)位置關(guān)系輔助駕駛模式否否LC LC ,thdt t否是是 是

( 1)a mf u，0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 00 0 0 0 0cceqeqJBJ eΔA據(jù)文獻(xiàn)[138]提供的方法，將系統(tǒng)的不確定性量值通過(guò)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)化并視為，，式（2.13）可以重寫為( )a u f e e e e1 e2e e s sx A x B B dy C x F f （2.14Td c c r eq m T B T N B d 。PS 助力控制策略用 PID 控制方法設(shè)計(jì) EPS 系統(tǒng)的助力控制器。按照控制框圖 2.4 設(shè)計(jì)助線，調(diào)試并選取適當(dāng)?shù)?PID 參數(shù)使助力電動(dòng)機(jī)實(shí)際電流能較好地跟隨目從而獲得理想的助力轉(zhuǎn)矩，提高 EPS 系統(tǒng)轉(zhuǎn)向輕便性的同時(shí)獲得較好的感。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U463

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2663327