四輪主動轉(zhuǎn)向車輛的側(cè)向動力學控制研究.pdf

1、隨著汽車在日常生活中的不斷普及和行駛速度的提高，人們對汽車的操縱穩(wěn)定性和主動安全性提出了越來越高的要求。主動轉(zhuǎn)向控制作為一項主動底盤控制技術(shù)成為近年來車輛動力學的研究熱點。由于傳統(tǒng)意義上的四輪轉(zhuǎn)向只以后輪主動轉(zhuǎn)向角作為控制輸入，因而為同時優(yōu)化車輛的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角響應帶來一定困難。隨著主動轉(zhuǎn)向控制技術(shù)的發(fā)展，本文創(chuàng)新性地將前輪主動轉(zhuǎn)向與傳統(tǒng)的四輪轉(zhuǎn)向相結(jié)合，提出了前、后輪均可控制的所謂“四輪主動轉(zhuǎn)向”系統(tǒng)并對其進行了系統(tǒng)全面地研究

2、。該系統(tǒng)主要以提高與主動安全性直接相關的中高速轉(zhuǎn)向時車輛側(cè)向動力學性能為研究目標，考慮輪胎非線性以及其它底盤控制系統(tǒng)的影響，對四輪主動轉(zhuǎn)向的控制策略進行了研究，并通過對仿真結(jié)果的分析和比較，驗證了所提出的四輪主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對提高車輛側(cè)向動力學性能的有效性。
　　 本文首先建立了考慮非線性輪胎模型的8DOF整車動力學模型，包括車身的縱向、橫擺、側(cè)向、側(cè)傾運動以及四個車輪的轉(zhuǎn)動，并以此作為本文控制器研究與設計的基礎。將所建立的整車模型

3、在Matlab/Simulink軟件環(huán)境中進行仿真，并通過與車輛動力學專業(yè)軟件Carsim整車仿真結(jié)果比較，驗證了所建立的車輛模型的正確性。
　　 作為車輛側(cè)向動力學控制中的一個至關重要的反饋變量，質(zhì)心側(cè)向速度估計得到廣泛關注和研究，本文基于卡爾曼濾波理論，分別設計了基于運動學模型和基于動力學模型的質(zhì)心側(cè)向速度估計器。為了提高質(zhì)心側(cè)向速度的估計精度，充分利用上述兩種估計器的優(yōu)點并彌補各自的不足，采用橫擺角速度及其變化率的門限值控

4、制切換方法將這兩種估計器相結(jié)合，提出了基于聯(lián)合運動學/動力學模型的質(zhì)心側(cè)向速度估計器，仿真結(jié)果表明，所提出的質(zhì)心側(cè)向速度估計器的估計精度有了明顯提高。
　　 針對傳統(tǒng)意義上的四輪轉(zhuǎn)向的局限性，將后輪主動轉(zhuǎn)向與前輪主動轉(zhuǎn)向結(jié)合構(gòu)成四輪主動轉(zhuǎn)向。為了使車輛的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角響應能夠跟蹤參考車輛模型的輸出，采用前饋控制和最優(yōu)反饋控制相結(jié)合跟蹤參考模型的控制策略計算實際的前、后輪轉(zhuǎn)向角，仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的四輪轉(zhuǎn)向相比，所設計的

5、四輪轉(zhuǎn)向控制器能夠很好地跟蹤車輛運動參考模型，并同時保證良好的駕駛感受，即與傳統(tǒng)前輪轉(zhuǎn)向車輛同樣的駕駛感覺。
　　 考慮到側(cè)向載荷轉(zhuǎn)移對車輛操縱穩(wěn)定性的影響，本研究將四輪主動轉(zhuǎn)向與主動側(cè)傾控制相結(jié)合，設計了一個四輪主動轉(zhuǎn)向與主動側(cè)傾控制的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其中四輪主動轉(zhuǎn)向反饋控制器采用混合靈敏度控制算法，以提高車輛對模型不確定性和外部干擾的魯棒性能?；跈M擺角速度反饋，設計主動側(cè)傾控制器，能夠通過重新分配前后軸的上側(cè)傾力矩，為車輛提

6、供更多的轉(zhuǎn)向能力。
　　 考慮到大側(cè)向加速度下輪胎進入非線性區(qū)域時，主動轉(zhuǎn)向技術(shù)對穩(wěn)定性控制的局限性，本文提出了一個基于四輪轉(zhuǎn)向和差動制動聯(lián)合控制的車輛側(cè)向穩(wěn)定性控制策略。通過分析四輪轉(zhuǎn)向和差動制動對車輛側(cè)向動力學的影響，設計了一個雙輸入雙輸出的模糊控制器，以產(chǎn)生適當?shù)男Ｕ龣M擺力矩和后輪轉(zhuǎn)向角來控制橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角。仿真結(jié)果表明所設計的控制系統(tǒng)即使在濕路面上也能夠防止車輛失去穩(wěn)定性，能夠較好地跟蹤參考模型的理想輸出響應，從