汽車四輪轉(zhuǎn)向和主動懸架的綜合控制研究.pdf

1、隨著人們對汽車操縱穩(wěn)定性、安全性、乘坐舒適性等性能要求的提高，決定這些性能的兩個主要的系統(tǒng)——轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)也取得了很大的發(fā)展，如近幾十年出現(xiàn)的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、主動懸架系統(tǒng)等。許多研究表明，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)之間存在強耦合，彼此互相影響。對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)的單獨控制在理論上忽視其它子系統(tǒng)的存在，也忽視對其它系統(tǒng)性能目標(biāo)的影響，其效果并不是兩個子系統(tǒng)單獨控制效果的簡單疊加，往往會出現(xiàn)控制效果的相互削弱，有必要進行兩個子系統(tǒng)的

2、綜合控制。針對該領(lǐng)域研究存在的耦合機理不清晰、協(xié)調(diào)機制不健全等關(guān)鍵問題開展研究，發(fā)展出一種四輪轉(zhuǎn)向和主動懸架的綜合控制新方法，對提高車輛的綜合性能具有重要意義。
　　 本文建立了包含四輪轉(zhuǎn)向和主動懸架的整車統(tǒng)一動力學(xué)模型，模型包括了懸掛質(zhì)量的側(cè)向、橫擺、垂直跳動、俯仰、側(cè)傾和非懸掛質(zhì)量的垂直跳動，共9個自由度。采用了能夠反映輪胎非線性特性和側(cè)向垂向耦合特性的側(cè)向力半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。對車輛動力學(xué)模型進行了試驗驗證。在整車9自由度模型的基

3、礎(chǔ)上進一步簡化，分別建立了2自由度四輪轉(zhuǎn)向模型和7自由度主動懸架模型，并分別設(shè)計了四輪轉(zhuǎn)向和主動懸架最優(yōu)控制器。建立了四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真平臺，采用步進電機作為后輪轉(zhuǎn)向的執(zhí)行機構(gòu)，分別安裝了兩個角位移傳感器檢測前后輪轉(zhuǎn)角。進行了四輪轉(zhuǎn)向硬件在環(huán)仿真實驗，結(jié)果表明，后輪轉(zhuǎn)向的響應(yīng)滯后時間小于30ms，對車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)響應(yīng)的影響很小，在四輪轉(zhuǎn)向的控制算法中可以不用考慮。
　　 通過靈敏度分析，研究了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)的耦合關(guān)系。

4、由于簧上質(zhì)量的耦合作用，車輛轉(zhuǎn)向時簧上質(zhì)量的離心力引起車身側(cè)傾角和內(nèi)外側(cè)車輪垂直載荷的變化。一方面，由于懸架導(dǎo)向系的耦合作用，車身側(cè)傾引起車輪側(cè)傾轉(zhuǎn)向和車輪外傾，影響車輛穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性；另一方面，由于輪胎側(cè)向垂向耦合特性，內(nèi)外側(cè)車輪垂直載荷發(fā)生變化，導(dǎo)致前軸或后軸等效側(cè)偏剛度減小，影響車輛轉(zhuǎn)向特性。
　　 通過主動懸架的控制，轉(zhuǎn)向時車身側(cè)傾角明顯減小，車輪側(cè)傾轉(zhuǎn)向和車輪外傾產(chǎn)生的側(cè)向力也明顯減小，車輛的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性改變?？紤]輪胎側(cè)

5、向垂向耦合特性，研究了四輪轉(zhuǎn)向和主動懸架控制對車輛轉(zhuǎn)向性能的影響。
　　 提出了一種基于車身姿態(tài)控制的四輪轉(zhuǎn)向和主動懸架的協(xié)調(diào)控制策略。在引入主動懸架控制的同時，引入四輪轉(zhuǎn)向的控制，并且對四輪轉(zhuǎn)向的控制量進行調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于前后懸架剛度匹配的協(xié)調(diào)控制策略，得到二者綜合的協(xié)調(diào)控制策略。根據(jù)車輛橫擺角速度響應(yīng)與參考值的偏差，對主動懸架的控制量進行調(diào)整。
　　 通過方向盤角階躍輸入仿真，研究了采用不同控制系統(tǒng)時