基于卡尔曼滤波状态估计的汽车主动横向稳定杆控制

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传统的被动式横向稳定杆能通过自身的扭转变形,产生反侧倾力矩从而降低车身的侧倾,但其对悬架侧倾刚度的影响是固定的,不能满足不同行驶工况的要求。主动横向稳定杆能够输出实时可调的反侧倾力矩,弥补了被动式稳定杆的缺点。但在主动横向稳定杆控制时,需要获取包括车身侧倾角等侧倾状态的实时数据作为控制器的输入,然而车身侧倾状态参数的准确测量并不易实现。论文采用卡尔曼滤波方法对车身侧倾状态参数进行估计,采用模糊PID控制原理设计了主动横向稳定杆控制器,实现了侧倾角状态估计与侧倾状态控制相结合的控制模式。对轮胎侧偏特性进行了分段线性化,以三自由度车辆横向动力学模型作为卡尔曼滤波的状态预测模型,以侧向加速度、横摆角速度为量测值,建立了线性卡尔曼滤波状态估计模型,对车身侧倾角、侧倾角速度、质心侧偏角等车身侧倾状态参数进行状态估计。为了提高状态估计模型对量测噪声变化的抗扰动能力,引入新息自适应的方法实时调节卡尔曼滤波模型的理论量测噪声和过程噪声协方差大小。将“双移线”和“方向盘角阶跃”仿真下的状态估计结果与多体动力学模型的仿真输出值进行比较,验证了卡尔曼滤波模型能准确地对车身侧倾状态进行估计。为目标车辆现有车载传感器不易准确测量车身侧倾角的问题,提供了一种解决方案。以车身侧倾角的状态估计值和车身侧向加速度的量测值作为控制输入,主动横向稳定杆执行器输出的驱动力矩作为控制对象,设计模糊PID控制器以实现理想的车身侧倾角,保证车辆侧倾稳定性以及乘坐舒适性,并利用车速和车轮转角信号判断模糊PID控制器的开启与关闭。在Adams/Car和MATLAB/Simulink联合仿真环境下进行“双移线”、“方向盘角阶跃”、“单移线”三种高速转向对比仿真,相对于被动式横向稳定杆的控制效果,主动横向稳定杆能使车身侧倾角的峰值减小40%以上,并能使左右轮荷转移率的峰值减小10%左右,起到良好的侧倾控制作用。在“单轮过减速带”对比仿真中,控制策略对主动稳定杆实施了关闭,从而减小了座椅测点的加速度响应值,一定程度上避免了横向稳定杆对行驶平顺性的影响。
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