毕业答辩-基于MATLAB和ADAMS的汽车ESP联合仿真.ppt

指导教师：,基于MATLAB和ADAMS的汽车ESP联合仿真,班级：车辆工程11-2学生：学号：2,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，每年死于道路交通事故的人数大约在50万，受伤人数超过1000万，造成的直接财产损失就超过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。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。ESP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。ESP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（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。,ESP系统的背景及意义,关于ESP系统的基本介绍,1986年，ESP系统首先是由博世公司发明并申请了专利。福特ESP，丰田VSC，宝马DSC，本田VSA，通用ESC。ESP是由众多主动安全电控设备所组成的，而ESP的功能，是探测车辆行驶中所存在的危险，一旦有濒临失控的可能性时（如应急并线、驱动轮打滑等等情况），ESP便通过控制模块对四个车轮发出指令，将要失控的车轮控制在安全的范围之内。而ESP系统包括的主动安全电控设备，包括ABS（防抱死系统），EBD(电子制动力分配系统)，EDL（电子式差速锁），TCS（牵引力控制系统）。ESP系统主要由电子控制单元(ECU)，各种传感器及执行器三部分组成。,论文的结构和主要内容,利用Adams/Car建立某轿车的整车动力学模型，经过蛇形试验进行验证。建立二自由度四轮汽车模型，在仿真过程中,控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。将建立的Adams模型导入用Matlab中调取模型再加入PID控制，进行联合仿真，此模型通过质心侧偏角和横摆角速度2个变量进行联合反馈控制。对联合仿真的结果进行分析。,整车模型的建立,建立汽车整车模型时,需要首先建立各个子系统模型,其中主要有: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。,对建立的整车模型进行检验,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:移线试验,蛇形试验,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汽车模型。,汽车二自由度模型的建立,在simulink中建立模型并仿真,PID控制的介绍,PID控制器（比例-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件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量,控制被控对象,称为PID控制器,其中控制量为：(l)比例环节:主要作用来减少系统的误差,一旦控制系统出现偏差,控制器于是就产生作用进行控制,来减小系统误差。(2)积分环节: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。数值越小,积分作用越强;相反,数值越大,积分作用越弱。(3)微分环节: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,获取一个有效的前期信号,减小调节时间,加快系统的响应。,基于横摆角速度的PID控制器设计,横摆角速度PID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输出；实际横摆角速度由整车模型输出。经过调试得到比例环节系数为6，积分环节系数4.5，微分环节系数为3.7。,基于质心侧偏角的PID控制器设计,横摆角速度PID控制器的输入变量为参考质心侧偏角和实际质心侧偏角之差，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。经过调试得到比例环节系数为28，积分环节系数1.6，微分环节系数为23。,汽车稳定性判断模块分析及建模,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。因此需要判断汽车何时进入失稳状态。对于质心侧偏角，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文献确定。,制动力矩,functiony=fenpei(u)delta=u(1);rd=u(2);r=u(3);dM=u(4);Lwf=1.52;Lwr=1.594;a=1.233;er=rd-r;Mfl=0;Mfr=0;Mrl=0;Mrr=0;deltaa=abs(delta);Mf=0.326*dM/(Lwf*cos(deltaa)/2+a*sin(deltaa);%前轮制动力矩%Mr=2*0.34*dM/Lwr;%后轮制动力矩%ifdelta0Mfl=Mf;ifer0ifer0Mrl=Mr;endendendy=Mfl,Mfr,Mrl,Mrr;,基于Adams和Matlab的联合仿真,研究的主要内容是针对建立的汽车整车模型应用Adams和Matlab两个软件进行联合仿真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,使得机械系统与电气控制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,内部控制关系,联合仿真的连接,新建一个mdl文件，将adams_sub模块和显示模块复制过来，并和前面建立的各个子PID控制器模型连接起来，将它们联合相嵌得到下面的装配图。,仿真条件,本文做的阶跃试验仿真的车速均为80km/h,速度低于80km/h,汽车处于稳定工况,转向盘输入为阶跃输入(汽车模型、汽车参考模型的输入信号阶跃输入)，汽车档位5档,速度为80km/h,地面附着系数为0.6,前轮转角为角阶跃转向输入,转向开始时刻为0,转向持续时间为0.5,最大转角为80度。,仿真结果及分析,横摆角速度,质心侧偏角,红色线表示装有ESP系统汽车运行的横摆角速度和质心侧偏角。由此可以得出在紧急转弯条件下如果不转配有ESP汽车的横摆角速度和质心侧偏角将会出现不收敛的状况，这时将出现激转、甩尾。这对驾驶员来说是十分危险的,仿真结果及分析,运动轨迹的对比汽车在有无ESP系统工作下的运动轨迹，红色为无ESP系统下的轨迹，蓝绿色的为在ESP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。,局限性,（1）在Adams/Car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态进行仿真。（2）本文采用的控制策略为PID控制，是否能更进一步采用模糊自适应的模糊PID控制方法建立ESP控制系统，或者采用其他新的控制方法（如滑膜控制等）还需要进一步研究。（3）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。（4）