汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與控制方法研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(SBW)是未來具有無人駕駛功能的智能汽車必不可少的重要組成部分。它取消了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機(jī)械連接,可以任意設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動(dòng)比和力傳動(dòng)比,因此從根本上解決傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固定傳動(dòng)比造成的汽車轉(zhuǎn)向特性隨車速而變化的缺陷。更重要的是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠在駕駛員轉(zhuǎn)向角的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)附加轉(zhuǎn)向角,優(yōu)化車輛對駕駛員輸入的響應(yīng)或提高車輛在緊急情況下的穩(wěn)定性,所以近年來成為國內(nèi)外研究的焦點(diǎn)之一。
   本文首先針對前輪轉(zhuǎn)向模塊的

2、控制目標(biāo)和控制要求,將控制系統(tǒng)分成前輪轉(zhuǎn)角控制(上層控制)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)控制(下層控制)系統(tǒng)兩個(gè)部分。針對下層控制系統(tǒng),對前輪轉(zhuǎn)向模塊進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析及建模,設(shè)計(jì)了一種基于分?jǐn)?shù)階微積分理論的新型分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器,仿真結(jié)果表明:該控制器在實(shí)現(xiàn)前輪正常轉(zhuǎn)向和回正功能的同時(shí),對提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能的魯棒性也是有效的。針對上層控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)了基于模糊控制的前輪轉(zhuǎn)角控制算法,仿真結(jié)果表明:基于模糊控制設(shè)計(jì)的理想傳動(dòng)比能滿足設(shè)計(jì)要求。并將上層

3、和下層控制系統(tǒng)結(jié)合在一起,選取典型工況,對所建立的模型及控制算法控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析,驗(yàn)證了所提出的分層控制系統(tǒng)是有效的,可行的。其次,為了防止車輛在行駛的過程中出現(xiàn)諸如嚴(yán)重的過多轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向,本文提出了一種基于主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向(AFS)和橫擺力矩(DYC)協(xié)調(diào)控制的非線性控制策略,并設(shè)計(jì)了基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的AFS控制器、DYC控制器和統(tǒng)一協(xié)調(diào)AFS和DYC工作的協(xié)調(diào)控制器。仿真結(jié)果表明采用協(xié)調(diào)控制策略的車輛具有更好的響應(yīng)特性。

4、>   控制系統(tǒng)中存在著不適當(dāng)?shù)臅r(shí)滯,對于高速行駛的汽車、性能有著不利的影響。本文在車輛穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)上引入控制時(shí)滯,對線性時(shí)滯系統(tǒng)的穩(wěn)定性、時(shí)滯對車輛系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響以及系統(tǒng)的時(shí)滯補(bǔ)償問題等方面進(jìn)行了具體的研究。并對時(shí)滯對車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的影響以及系統(tǒng)的時(shí)滯補(bǔ)償進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明,控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性得以提高。
   最后本文還從硬件和軟件兩個(gè)方面入手開發(fā)了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的臺(tái)架試驗(yàn)裝置,并利用此試驗(yàn)裝置對前輪轉(zhuǎn)向模塊的

5、基于分層結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)研究與理論模型研究結(jié)果基本相符。
   本論文的創(chuàng)新點(diǎn)在于:首先對分?jǐn)?shù)階控制理論進(jìn)行了研究,通過優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)了分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器中五個(gè)參數(shù)的整定。構(gòu)造了分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器的仿真模型,解決了分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)不能直接在MATLAB仿真環(huán)境中直接進(jìn)行仿真的問題。并將分?jǐn)?shù)階控制理論應(yīng)用在了前輪轉(zhuǎn)向模塊的轉(zhuǎn)向和回正控制中。其次將分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器和模糊控制器有機(jī)地結(jié)合在一起,實(shí)現(xiàn)了該模塊的分層結(jié)

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