运用lyapunov指数方法的车辆横向运动混沌分析及其滑模变结构控制.pdfVIP

中国科学: 技术科学 2014 年 第44 卷 第9 期: 979 ~ 990 论 文 SCIENCE CHINA PRESS 运用Lyapunov 指数方法的车辆横向运动混沌分析 及其滑模变结构控制 * 陈无畏, 张荣芸, 赵林峰, 汪洪波, 黄鹤, 杨军 合肥工业大学机械与汽车工程学院, 合肥 230009 * E-mail: hanfengzhiwei@163. com 收稿日期: 2014-03-26; 接受日期: 2014-06-17 国家自然科学基金(批准号:和安徽省自然科学基金(批准号: 2013AKZR0077)资助项目 摘要 建立了考虑车辆横摆、侧向以及侧倾运动的 3 自由度非线性整车模型; 运用 关键词 Lyapunov 指数方法对所建立的非线性整车模型进行了混沌的数值仿真分析. 通过最大 车辆横向运动 混沌 Lyapunov 指数图和分岔图发现, 车辆的横向运动非常复杂, 包含了倍周期、拟周期以及混 分岔 沌运动, 对于车辆极限工况时的横向运动稳定性是不利的. 利用滑模变结构控制(sliding 自适应趋近律 mode variable structure control, SMVSC)方法, 设计了SMVSC 控制器, 对车辆横向运动中的 滑模变结构控制 混沌进行了控制. 为了减少 SMVSC 控制系统的抖振, 进一步提高车辆在极限工况下行驶 的横向运动稳定性, 采用了幂次趋近律, 利用模糊控制的方法实现了趋近律的自适应策略. 最后将所设计的自适应趋近律的 SMVSC 系统在 Matlab 中进行了仿真, 并将未加控制, SMVSC 控制以及自适应趋近SMVSC 控制三种仿真结果进行了对比分析, 发现采用了自适 应趋近的 SMVSC 控制对混沌的控制效果比其他的都要好, 有效抑制了车辆横向运动中的 混沌, 显著提高了车辆在极限工况下行驶的横向稳定性, 充分证明了该控制策略是有效的. 1 引言 数作为控制参数, 通过所设计的控制策略使其达到 稳定区域来完成控制, 并没考虑车辆系统本身的非 车辆是一个包含了轮胎、悬架等具有强非线性部 线性特征. 车辆作为复杂的多维非线性系统的这一 件的复杂非线性系统. 由于人们对车辆安全性要求 本质特征, 决定了它在完全失稳之前会存在混沌这 的日益提高, 对其进行高速转向、连续避障等极限工 一过渡区域. 对于高速行驶的车辆来说, 混沌现象也 况下的横向稳定性研究已成为了热点, 取得了较多 是一种危险状态, 是应该进行重点研究和避免的. 近 研究成果, 但大部分都没有深入考虑到车辆的非线 年来一些学者对车辆的混沌现象进行了研究. Wu 和 性特征. 一般都通过建立简单的线性或者是弱非线 Sheng[4]建立了包括轮胎、悬架和驾驶员的 8 自由度 性模型, 求得表征车辆行驶稳定性参数的稳定区域, 非线性车辆模型, 对其垂向振动进行了混沌分析, 结 并以此为目标运用不同控制方法来实现对车