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1、LOGO指指导教教师：李旭：李旭基于基于MATLAB和和ADAMS的汽的汽车ESP联合仿合仿真真n班班级：车辆工程工程11-2n学学生：生：赵效虎效虎n学号学号：201101040438u汽车在我们的日常生活中充当着重要角色，成为人们日常工作生活不可或缺的工具，汽车在我们的日常生活中充当着重要角色，成为人们日常工作生活不可或缺的工具，相应的汽车的安全性也越来越受到人们的关注。汽车安全协会发布的报告显示，每年相应的汽车的安全性也越来越受到人们的关注。汽车安全协会发布的报告显示，每年死于道路交通事故的人数大约在死于道路交通事故的人数大约在50万，受伤人数超过万，受伤人数超过1000万，造成的直接财
2、产损失万，造成的直接财产损失就超过就超过550亿美元，这严峻的事实迫使我们将更多的精力投入到汽车的安全性上亿美元，这严峻的事实迫使我们将更多的精力投入到汽车的安全性上。u汽车的安全性从整体上可以分为被动安全性和主动安全性汽车的安全性从整体上可以分为被动安全性和主动安全性。uESP是汽车电子稳定装置，能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，辅助驾驶，防患是汽车电子稳定装置，能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，辅助驾驶，防患于未然。于未然。ESP对过度转向或不足转向特别敏感，例如对过度转向或不足转向特别敏感，例如,汽车在路滑时左拐过度转向汽车在路滑时左拐过度转向（即转弯太急）时会产生向右侧甩尾，传感器
3、感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢（即转弯太急）时会产生向右侧甩尾，传感器感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢复附着力，产生一种相反的转矩而使汽车尽量保持在原来的轨道上。复附着力，产生一种相反的转矩而使汽车尽量保持在原来的轨道上。ESP系统的背景及意义系统的背景及意义关于关于ESP系统的基本介绍系统的基本介绍u1986年，年，ESP系统首先是由博世公司发明并申请了专利。福特系统首先是由博世公司发明并申请了专利。福特ESP，丰田，丰田VSC，宝马，宝马DSC，本田，本田VSA，通用，通用ESC。uESP是由众多主是由众多主动安全安全电控控设备所所组成的，而成的，而ESP的功能，是探的功能，是探测车
4、辆行行驶中所存在的危中所存在的危险，一旦有，一旦有濒临失控的可能性失控的可能性时（如（如应急并急并线、驱动轮打滑等打滑等等情况），等情况），ESP便通便通过控制模控制模块对四个四个车轮发出指令，将要失控的出指令，将要失控的车轮控制控制在安全的范在安全的范围之内。而之内。而ESP系系统包括的主包括的主动安全安全电控控设备，包括，包括ABS（防抱（防抱死系死系统），），EBD(电子制子制动力分配系力分配系统)，EDL（电子式差速子式差速锁），），TCS（牵引力控制系引力控制系统）。uESP系系统主要由主要由电子控制子控制单元元(ECU)，各种，各种传感器及感器及执行器三部分行器三部分组成成。论文的
5、结构和主要内容论文的结构和主要内容u利用利用Adams/Car建立某轿车的整车动力学模型，建立某轿车的整车动力学模型，经过蛇形试验经过蛇形试验进行行验证。u建立二自由度四轮汽车模型，在仿真过程中建立二自由度四轮汽车模型，在仿真过程中,控控制系统需要将实际横摆角速度及质心侧偏角和理制系统需要将实际横摆角速度及质心侧偏角和理想的横摆角速度及质心侧偏角做比较想的横摆角速度及质心侧偏角做比较。u将建立的将建立的Adams模型导入用模型导入用Matlab中调取模型中调取模型再加入再加入PID控制，进行联合仿真，此模型通过质控制，进行联合仿真，此模型通过质心侧偏角和横摆角速度心侧偏角和横摆角速度2个变量进
6、行联合反馈控个变量进行联合反馈控制。制。u对联合仿真的结果进行分析。对联合仿真的结果进行分析。整车模型的建立整车模型的建立建立汽车整车模型时建立汽车整车模型时,需要首先建立各个子系统模型需要首先建立各个子系统模型,其中主要其中主要有有:前后悬架系统模型、转向系统模型、发动机系统模型、前后前后悬架系统模型、转向系统模型、发动机系统模型、前后轮胎系统模型、制动系统模型、车身系统模型等。轮胎系统模型、制动系统模型、车身系统模型等。发动机总质量发动机总质量300kg车轮质量车轮质量25kg车身总质量车身总质量995kg前轮距前轮距1520mm前悬弹簧刚度前悬弹簧刚度16N/mm后轮距后轮距1549mm
7、后悬架刚度后悬架刚度34N/mm前轮直径前轮直径326mm轴距轴距2580mm后轮直径后轮直径340mm对建立的整车模型进行检验对建立的整车模型进行检验u对建立好的汽车模型一般通过道路虚拟实验法来检验整车模型对建立好的汽车模型一般通过道路虚拟实验法来检验整车模型正确与否。通常采用的实验方法有正确与否。通常采用的实验方法有:移线试验移线试验,蛇形试验蛇形试验,瞬态瞬态响应、稳态响应试验等。本文采用的是蛇形仿真试验来检验响应、稳态响应试验等。本文采用的是蛇形仿真试验来检验汽车模型。汽车模型。汽车二自由度模型的建立汽车二自由度模型的建立 在在simulink中建立模型并仿真中建立模型并仿真PID控制
8、的介绍控制的介绍PID控制器控制器（比例（比例-积分积分-微分控制器）是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部微分控制器）是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元件，由比例单元P、积分单元、积分单元I和微分单元和微分单元D组成。将偏差的比例、积分、微分通过线性组成。将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量组合构成控制量,控制被控对象控制被控对象,称为称为PID控制器控制器,其中控制量为其中控制量为：(l)比例环节比例环节:主要作用来减少系统的误差主要作用来减少系统的误差,一旦控制系统出现偏差一旦控制系统出现偏差,控制器于是就产生作用进行控制控制器于是就产生作用进行控制,来减来减
9、小系统误差。小系统误差。(2)积分环节积分环节:用来控制系统的误差度用来控制系统的误差度,消除静差的作用。积分时间常数大小决定积分作用的强弱。数值消除静差的作用。积分时间常数大小决定积分作用的强弱。数值越小越小,积分作用越强积分作用越强;相反相反,数值越大数值越大,积分作用越弱。积分作用越弱。(3)微分环节微分环节:用来反应偏差信号的变化速率用来反应偏差信号的变化速率,改善系统动态特性。当感知有较大变化的信号偏差值之前改善系统动态特性。当感知有较大变化的信号偏差值之前,获取一个有效的前期信号获取一个有效的前期信号,减小调节时间减小调节时间,加快系统的响应。加快系统的响应。基于横摆角速度的基于横
10、摆角速度的PID控制器设计控制器设计u横摆角速度横摆角速度PID控制器的输入变量为参考横摆角速度和实控制器的输入变量为参考横摆角速度和实际横摆角度之差，参考横摆角度由线性二自由度模型计算际横摆角度之差，参考横摆角度由线性二自由度模型计算输出；实际横摆角速度由整车模型输出输出；实际横摆角速度由整车模型输出。经过调试得到比经过调试得到比例环节系数为例环节系数为6，积分环节系数，积分环节系数4.5，微分环节系数为，微分环节系数为3.7。基于质心侧偏角的基于质心侧偏角的PID控制器设计控制器设计u横摆角速度横摆角速度PID控制器的输入变量为参考质心侧偏角和实控制器的输入变量为参考质心侧偏角和实际质心侧
11、偏角之差，参考横摆角度由线性二自由度模型计际质心侧偏角之差，参考横摆角度由线性二自由度模型计算输出；实际横摆角度由整车模型输出。经过调试得到比算输出；实际横摆角度由整车模型输出。经过调试得到比例环节系数为例环节系数为28，积分环节系数，积分环节系数1.6，微分环节系数为，微分环节系数为23。汽车稳定性判断模块分析及建模汽车稳定性判断模块分析及建模u若汽车在稳定状态下转向时控制器还输出修正力若汽车在稳定状态下转向时控制器还输出修正力矩，会对汽车的正常行驶产生很大的影响。因此矩，会对汽车的正常行驶产生很大的影响。因此需要判断汽车何时进入失稳状态。对于质心侧偏需要判断汽车何时进入失稳状态。对于质心侧
12、偏角，可以采用相平面法分析得到汽车的稳定条件角，可以采用相平面法分析得到汽车的稳定条件。两者联合起来判断汽车的稳定性，若有一个不两者联合起来判断汽车的稳定性，若有一个不满足就判断汽车失去稳定性。经过对大量不同条满足就判断汽车失去稳定性。经过对大量不同条件的汽车动力学稳定性的仿真分析以及参考有关件的汽车动力学稳定性的仿真分析以及参考有关文献确定文献确定。制制动动力矩力矩ufunctiony=fenpei(u)udelta=u(1);rd=u(2);r=u(3);dM=u(4);uLwf=1.52;Lwr=1.594;a=1.233;uer=rd-r;uMfl=0;Mfr=0;Mrl=0;Mrr=
13、0;udeltaa=abs(delta);uMf=0.326*dM/(Lwf*cos(deltaa)/2+a*sin(deltaa);%前前轮制制动力矩力矩%uMr=2*0.34*dM/Lwr;%后后轮制制动力矩力矩%uifdelta0&r0uMfl=Mf;uifer0uMrr=Mr;uenduenduelseifr0uifer0uMrl=Mr;uenduenduenduy=Mfl,Mfr,Mrl,Mrr; 基于基于Adams和和Matlab的联合仿真的联合仿真u研究的主要内容是针对建立的汽车整车模型研究的主要内容是针对建立的汽车整车模型应用应用Adams和和Matlab两个软件进行联合仿真两
14、个软件进行联合仿真并对仿真结果进行对比分并对仿真结果进行对比分析由于联合仿真技术的广泛运用析由于联合仿真技术的广泛运用,使得机械系统与电气控制使得机械系统与电气控制两大部分有机的结合起来两大部分有机的结合起来,仿真结果更准确地反映真实情况仿真结果更准确地反映真实情况内部控制关系内部控制关系联合仿真的连接联合仿真的连接u新建一个新建一个mdl文件，将文件，将adams_sub模块和显示模块复模块和显示模块复制过来，并和前面建立的制过来，并和前面建立的各个子各个子PID控制器模型连接起来，控制器模型连接起来，将它们联合相嵌得到下面的装配图将它们联合相嵌得到下面的装配图。仿真条件仿真条件本文做的阶跃
15、试验仿真的车速均为本文做的阶跃试验仿真的车速均为80km/h,速度低于速度低于80km/h,汽车处于稳定工况汽车处于稳定工况,转向盘输入为阶跃输入转向盘输入为阶跃输入(汽车汽车模型、汽车参考模型的输入信号阶跃输入模型、汽车参考模型的输入信号阶跃输入)，汽车档位，汽车档位5档档,速度为速度为80km/h,地面附着系数为地面附着系数为0.6,前轮转角为角阶跃前轮转角为角阶跃转向输入转向输入,转向开始时刻为转向开始时刻为0,转向持续时间为转向持续时间为0.5,最大转角最大转角为为80度。度。仿真结果及分析仿真结果及分析横横摆摆角角速速度度质质心心侧侧偏偏角角红红色色线线表表示示装装有有E ES SP
16、 P系系统统汽汽车车运运行行的的横横摆摆角角速速度度和和质质心心侧侧偏偏角角。由由此此可可以以得得出出在在紧紧急急转转弯弯条条件件下下如如果果不不转转配配有有E ES SP P汽汽车车的的横横摆摆角角速速度度和和质质心心侧侧偏偏角角将将会会出出现现不不收收敛敛的的状状况况，这这时时将将出出现现激激转转、甩甩尾尾。这这对对驾驾驶驶员员来来说说是是十十分分危危险险的的 仿真结果及分析仿真结果及分析u运动轨迹的对比运动轨迹的对比汽车在有无汽车在有无ESP系统工作下的运动轨迹，红色为无系统工作下的运动轨迹，红色为无ESP系统系统下的轨迹，蓝绿色的为在下的轨迹，蓝绿色的为在ESP工作下的运动轨迹。看出装
17、配有工作下的运动轨迹。看出装配有ESP还可以减少转弯半径，有利于增强汽车的操纵稳定性。还可以减少转弯半径，有利于增强汽车的操纵稳定性。局限性局限性u（1）在）在Adams/Car中建立的整车模型应该更进一步完中建立的整车模型应该更进一步完善，比如加入驾驶员模型，这样能更真实地对汽车行驶状善，比如加入驾驶员模型，这样能更真实地对汽车行驶状态进行仿真。态进行仿真。u（2）本文采用的控制策略为）本文采用的控制策略为PID控制，是否能更进一步控制，是否能更进一步采用模糊自适应的模糊采用模糊自适应的模糊PID控制方法建立控制方法建立ESP控制系统，控制系统，或者采用其他新的控制方法（如滑膜控制等）还需要
18、进一或者采用其他新的控制方法（如滑膜控制等）还需要进一步研究。步研究。u（3）本文仅对一种工况进行了研究，应对更多的仿真工况）本文仅对一种工况进行了研究，应对更多的仿真工况进行分析验证。进行分析验证。u（4）研究的结果必须进行实车试验，这样才能最直接的验）研究的结果必须进行实车试验，这样才能最直接的验证系统功能和发现问题，所以还需要通过实车试验进行对证系统功能和发现问题，所以还需要通过实车试验进行对控制策略进行验证。控制策略进行验证。大学本科的学习生活即将结束。在此，我要大学本科的学习生活即将结束。在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师，本文能够顺感谢所有曾经教导过我的老师，本文能够顺利完成，利完成，最后要最后要特别感谢我的导师特别感谢我的导师李旭李旭老师老师，在她感谢李老师三个月来对我的关心和教在她感谢李老师三个月来对我的关心和教诲诲。致谢致谢
