车辆电子稳定控制(ESC)系统平台搭建与仿真研究

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电子稳定控制系统(Electronic Stability Control又简称ESC)是基于牵引力控制系统(TCS)与防抱死系统(ABS),针对车辆在低附着路面或者高速行驶时,由于车辆侧向附着力饱和而出现的转向不足或转向过度等危险情况下而发出的一种新型安全主动控制系统。ESC安全主动系统是车辆行驶在极限工况下时,自动检测到车辆行驶出现不稳定时,尽管驾驶员没有踩下制动踏板,ESC安全主动系统却主动制动相应车轮,从而改善车辆的操作稳定性,进而保证了车辆行驶的安全性。  本文首先介绍了进行ESC主动安全系统研究的背景与意义及其国内外发展历史与现状和ESC的工作原理及作用。确立了ESC主动安全系统的控制变量以及优先制动车轮规则;根据车辆运动动力学建立了车辆二自由度运动动力学模型,并由此参考模型得出ESC控制变量(横摆角速度和质心侧偏角)期望值的计算公式。利用CarSim软件建立了整车参数化模型,搭建了CarSim与Simulink联合仿真平台,又对ESC控制策略展开研究,并在此平台上针对车辆行驶稳定性的特点,加入了死区特性和饱和特性,设计了质心侧偏角和横摆角速率联合控制的PID-ESC控制器和FUZZY参数自整定PID-ESC控制器,并给出了联合控制权重分配系数A值的取值规律。最后,针对建立的车辆模型以及控制器进行了两个测试车辆稳定性的标准实验:Fishhook鱼钩实验和《The FMVSS126》电子稳定控制系统实验。从实验仿真数据以及比较分析得出没有ESC主动安全控制系统的车辆在实验中失去行驶稳定性;有ESC控制系统的车辆在极限工况中驾驶员的紧急操作,能过抑制车辆出现侧翻、防止转向不足和转向过度引起的车辆危险,从而最大限度地保持汽车行驶轨迹和行驶稳定性。其中,PID控制效果要稍逊于FUZZY参数自整定PID控制效果。  另外,本文还进行了ESC实验系统项目的设计与实现,该ESC实验系统平台按照从Bosch公司所获得的ESC实车测试数据,成功地复现了转向不足和转向过度的DLC双移线实验和转向不足的圆环实验中的ESC功能效果,对ESC系统的研究具有重要意义。
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