乘客使用汽车电子稳定控制系统基于模型的设计

乘客使用汽车电子稳定控制系统基于模型的设计 CarSim 和 Matlab Simulink 的论文 摘要 本论文的目的是建立一个电子稳定控制 ESC 通过协同仿真系统模型的 软件 CarSim 和 Matlab 之间仿真 目的是要证明 经过验证的车型 它是可以 构建一个简单的 功能的 ESC 键模式 这将给可比实际 ESC 板某些机动车辆 系统的性能 2003年福特 Expedition 的车辆动力学模型在 CarSim 验证通过比 较模拟结果与准静态和动态测试数据 弹跳和滚动测试被用来验证悬架运动学 和遵守车辆模型的参数 国家公路交通安全管理局的 NHTSA 的正弦驻留机 动用来验证完整的车型 ESC 系统模型是建立在 Simulink 和调整通过合作模 拟与 CarSim 车型 ESC 系统被设计工作在两种模式 偏航稳定控制系统 YSC 和防翻滚稳定控制 RSC YSC 使用车辆的滑移率 这是实际和理 想的车辆偏航率之间的差异 控制变量作为控制变量 而 RSC 的横向加速度 按 ESC 系统采用差动制动来控制车辆的偏航和滚转运动 差动制动选择性地适 用于个人车辆申请刹车纠正的时刻 力量 一个简单的 ABS 功能也纳入模型 像使用动态演习评估系统的性能正弦停顿和鱼钩演习 NHTSA 的停留机动正 弦联邦机动车辆安全标准 FMVSS 126号和 ESC 配备车辆都必须通过这个 测试 这个测试是用来评估表现 ESC 系统的偏航稳定性控制模式 NHTSA 的固定时间的鱼钩演习是用来测试车辆的侧翻倾向 这个动作是用于评估的侧 倾稳定性控制模式 ESC 系统的性能 论文报告的结论 讨论基于这个模型的 好处在一个简单的 功能的 ESC 系统的设计方法 这限制还讨论了克服这些限 制的方法和今后的工作 鸣谢鸣谢 我要感谢我的顾问丹尼斯 冈瑟博士和博士加里 Heydinger 他们的不断鼓励 支持和指导 他们总是很平易近人 我感谢他们创造一个舒适 友好的工作环 境本集团 我非常感谢他们对我的利益着想 是给我自由地选择自己的课程和 课外追求活动 我还要感谢在这个过程中 医生为他的技术投入 卡迈勒 Salaani 他的帮助和支持的项目和唐 巴特勒 我感谢我的的同事 Sughosh 饶和 neha 迪克西特是这样的好队友和他们的帮助 我想感谢我和朋友对我来说这是 一个家庭远离从家庭和我的室友父母为他们的无条件的支持和厚爱 第1章 引言 引言 1 1动机动机 一个健康的运输系统和一个国家的经济的称赞和支持对方 货物和人员高效 率的交通系统 公共和个人 在一个国家的经济能力是一个非常重要的因素 相反 随着经济的增长转化为增加货物和人员的交通 这反映在事实上 美国 它具有最高的国家的国内生产总值 有道路上的车辆数量惊人 美国政府的局 运输统计报告说 有大约243444343 1 登记车辆在2005年的国家 有了这样的 车辆在道路上的大量数每年报告的崩溃和伤害也非常高 全国汽车采样系统中 心 NASS 的的耐撞数据系统 CDS 的报告 2004年 有34 314警方报告 的客运车辆死亡事故和250多万严重的非致命性崩溃 定义为至少一个涉及客 运车辆被拖曳距离 单车祸往往涉及道路出发 占53 的致命车祸 此外 占42 的单一车辆的致命翻车 2崩溃 有了这么多的生命危在旦夕 汽车安全 一直是所有关键领域汽车公司 在过去二十年里 已经有广泛的发展 汽车安 全带和安全气囊等被动安全领域的改善崩溃在车身区 增加了使用高强度钢等 这些事态发展有助于减轻事故的危害 但他们没有帮助 以防止事故 此外 这些安全功能 在正面碰撞崩溃是非常有益的 但不太在侧面碰撞和翻车有效 2 因此 主动安全系统在过去的几年里收到了大量的关注 这些系统可以帮 助防止 意外 因为他们试图保持其稳定的信封内的车辆 例如 防抱死制动系统 ABS 防止车轮锁这使得车辆保留其转向能力 电子车辆稳定控制下一级稳 定控制 ESC 系统 本论文描述了一个发展一个基于模型的设计方法功能的 ESC 系统模型 使用的软件 CarSim 和 Matlab Simulink 的 1 2电子稳定控制系统电子稳定控制系统 1 2 1背景背景 当车辆在道路牵引限制经营的极端演习 车辆驱动器输入是正常的不同 因此司机不能控制车辆 例如 在车辆的情况下纺出 countersteering 可能帮 助恢复控制 但一个正常的驱动程序未必能这样做导致失去控制权和车辆离开 道路 此外 在这些极端情况下 侧滑角的增加 减少纠正偏航力矩可以通过 方向盘输入车辆的跌幅即可操纵 参见图1 意外的行为可能会引起车辆从驱 动器的恐慌反应 可以使它更加难以恢复控制 ESC 在这些情况下 可以帮助 司机恢复对车辆的控制 图1 偏航瞬间减少由于转向侧偏角的增加 例如不同 的负重轮轮胎的转向角 来源 EK Liebemann 罗伯特 博世 等有限 责任公司 安全和性能增强 博世电子稳定控制系统 ESP 的 硕士论文 2004号2004 21 0060 1 2 2 ESC 工作原理 工作原理 在现今的汽车的 ESC 系统通常由两个操作系统模式 偏航稳定控制系统 YSC 和防翻滚稳定控制 RSC YSC 帮助驾驶员保持甚至当车辆营运的 车辆所需的标题牵引的限制 RSC 另一方面 降低了单一车型的可能性 未 跳闸翻车 运动型多用途车 SUV 和一个高中锋的其他车辆重力具有较高的 侧翻倾向和 RSC 系统是特别有益的这类车辆 ESC 系统有助于保持车辆的稳 定 对个别刹车申请车轮 系统通常由轮速传感器 横摆角速度传感器 侧向 加速度传感器 方向盘转角传感器和制动压力传感器 YSC 模式 ESC 系统 计算车辆的标题使用速度和转向从传感器的角度数据 测得的横向加速度和车 速用于计算沿车辆行驶路径的半径 半径车辆的速度 然后用来计算正确的行 驶车辆的偏航 主板上的偏航速率传感器测量实际偏航率在每一个瞬间 测量和计算的偏航率 进行了比较 如果差值超过1一定的门槛 ESC 使用差动制动产生纠正偏航瞬 间 在 RSC 的模式 车辆的横向加速度进行监测和比一套阈值 如果横向加 速度达到阈值 有一个可能性车辆滚动 RSC 系统适用于个人的刹车保持横 向低于阈值的车辆加速 上述部分简要介绍了 ESC 的工作原理 1 3ESC 键条例键条例 和和 测试测试 在防止单一汽车事故的 ESC 的好处是很好的接受 丰田和大众等汽车 OEM 的个别研究也建立了 ESC 的好处 2 国家公路交通安全管理局 NHTSA 估计 ESC 键安装将有助于减少在轿车单一车型崩溃34 和59 的 SUV 国家公路交通安全局已经出台的 FMVSS 126标准 以加快 ESC 的车 辆安装率 该标准要求所有车辆车辆总重量 GVWR 评级为10000磅 4 536 公斤 或更少被打趣 ESC 系统模型2012年 3 国家公路交通安全局在 FMVSS 126标准 具有定义一个动态的测试 称为 停留正弦 评估表现车辆配备 ESC 4 这个测试是用来评估 ESC 性能纠正车辆的过度转向 此前 所有车辆都 给予 过渡评级 根据侧翻的倾向 而这又是从他们的 静态确定稳定因素 SSF 的 社保基金理事会是轨道车辆的一半车身高度的比例重心 CG 的 因此 具有低重心的车辆将有一个高社保基金理事会和有较低的倾向侧翻 然 而 研究表明 车辆侧翻阈值比由社保基金理事会预测 由于悬架 轮胎等因 素的低得多符合 在转弯时的横向载荷转移 要考虑这些因素 侧翻评级是动 态测试依赖于车辆反应通常 NHTSA 的鱼钩试验 中 与正弦驻留和鱼钩测试 将描述在随后的章节详细 这些测试都被用来验证车型也调整 ESC 模型 1 4模拟在模拟在 ESC 发展中的作用发展中的作用 商业 ESC 系统具有非常复杂的专有算法和控制器是为一个特定的车型微调 调整控制器需要大量不同的演习和道路条件下的车辆性能数据 汽车仪表 现 场测试 数据采集和后处理需要大量的时间和金钱 此外 在这些测试中的人 为误差 使数据重复和准确 这些测试包括检测车辆的限制 其性能 它可能 带来的危害司机和车辆损坏 因此 车辆检测 虽然是必要的 是昂贵和费时 在这种情况下 建模与仿真 可以有巨大的好处 A 型将始终本着对一些近 似 但可以是非常有代表性的模型在产生有益的 相当准确的数据有用 仿真 需要少得多的时间比实际现场测试 此外 他们提供的测试条件和车辆的灵活 性配置 例如 不同的悬挂测试车辆将需要消除目前暂停和装修的新的和重新 插 车辆 所有这一切都可以做只是改变弹簧和阻尼曲线在用于仿真的车辆模型 如用于使仿真模型仿真结果 如模型的基础上 对某些近似的结果不会像那些 准确做一个实际的车辆 然而 一个好的模型预测实际车辆模型 使用模拟控 制器和微调设计和验证控制器的操作使用实际测试将是一个很好的方法 这将 有助于减少项目成本和交货时间 1 5论文大纲 本论文的主要目的是开发一个 简单的 功能的 ESC 系统模型使用经过验证的车型 第2章简要介绍了参数决 心和车辆动力学建模程序 用于创建 2003年福特在 CarSim 远征模型 该模 型 然后通过比较模拟验证从准静态和动态测试的数据结果 第3章给出了 ESC 系统的理论背景和2种模式操作 偏航稳定控制系统和翻滚稳定控制 本 章还介绍了国家公路交通安全管理局的 NHTSA 的 停留的正弦和鱼钩演习 这些演习将被用来评估 ESC 系统性能 第4章介绍了 ESC 系统在 Simulink 建 模 各种模块 ESC 系统及其功能 在本节解释 第5章包含了仿真结果 模拟 结果与实际测试数据比较符合实际的 ESC 键 ESC 系统模型的性能车上的系统 模拟的结果 也包含了比较性能基线车辆 无 ESC 上 并用 ESC 的车辆 这将有助于展示 ESC 系统的安全利益 第6章提供了一个研究的结论和它列出 的好处和实用在这项研究中所采用的设计方法 按 ESC 模型的改进和进一步的 工作范围还包括在本章 本研究的目的不是要建立一个全面的 ESC 模型占全部 损失控制方案 相反 这里开发的 ESC 模型预计表明 给予验证的车型 它是 建立一个可能简单 功能 ESC