基于線控技術(shù)的四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向汽車控制策略仿真研究.pdf

1、四輪轉(zhuǎn)向(4WS)技術(shù)是改善汽車操縱穩(wěn)定性及提高行駛安全性的最常用的、有效的主動(dòng)底盤控制技術(shù)。為了充分發(fā)揮四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)的影響，基于近年來線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展，論文以前、后輪均可控的全主動(dòng)四輪轉(zhuǎn)向汽車為研究對象，以車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)特性及控制作為研究方向，全面考慮線性、不確定性及非線性因素對汽車操縱穩(wěn)定性的影響，對四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向汽車控制策略進(jìn)行了比較系統(tǒng)深入的研究。 進(jìn)行了4WS汽車非線性動(dòng)力學(xué)模型分析以及基于多體動(dòng)力學(xué)分

2、析軟件ADAMS的虛擬樣機(jī)建模研究，并利用MATLAB/Simulink實(shí)現(xiàn)了4WS汽車非線性動(dòng)力學(xué)模型的數(shù)值計(jì)算，為不同控制策略的研究和控制效果的驗(yàn)證提供了精度較高、運(yùn)算較快的底盤控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)；此外，利用ADAMS/Controls模塊實(shí)現(xiàn)了由MATLAB/Simulink設(shè)計(jì)的控制器與由ADAMS/View建立的4WS汽車虛擬樣機(jī)進(jìn)行“機(jī)械-控制系統(tǒng)”可視化聯(lián)合仿真的思想。 基于線控技術(shù)和最優(yōu)控制原理，提出了四輪主動(dòng)

3、轉(zhuǎn)向汽車的模型跟蹤控制策略。在分析了車輛轉(zhuǎn)向的理想狀態(tài)后，進(jìn)行了主動(dòng)4WS汽車前、后輪轉(zhuǎn)角最優(yōu)跟隨控制器設(shè)計(jì)和算法推導(dǎo)。 開環(huán)仿真表明：在線性操縱區(qū)域內(nèi)，基于最優(yōu)控制的主動(dòng)4WS汽車實(shí)現(xiàn)了零化汽車質(zhì)心側(cè)偏角與跟蹤期望橫擺率的控制目標(biāo)； 在引入“單點(diǎn)預(yù)瞄最優(yōu)曲率”駕駛員模型后，通過閉環(huán)系統(tǒng)雙移線仿真和評價(jià)指標(biāo)分析得出：最優(yōu)控制主動(dòng)4WS汽車具有更好的路徑跟蹤精度和更優(yōu)的主動(dòng)安全性綜合評價(jià)指標(biāo)，對正常行駛情況下的駕駛員操作具

4、有智能輔助作用，提高了汽車高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向性能。 針對具有不確定性的4WS汽車，提出了非線性滑模變結(jié)構(gòu)控制策略。將實(shí)際車輛的前、后輪側(cè)偏剛度及外界干擾視為有界的不確定性參數(shù)，設(shè)計(jì)了四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向的滑模變結(jié)構(gòu)控制器以克服車輛未知的參數(shù)攝動(dòng)與外部擾動(dòng)影響，并進(jìn)行了控制效果的魯棒性驗(yàn)證。 閉環(huán)仿真表明：滑模控制的不確定性4WS汽車能夠很好的跟蹤確定性理想轉(zhuǎn)向模型，控制系統(tǒng)對于一定范圍內(nèi)的車輛參數(shù)變化和外部干擾具有魯棒性，對路面附

5、著條件的變化具有一定的適應(yīng)性。此外，論文基于擴(kuò)展Kalman濾波理論，還研究了利用側(cè)向加速度測量值對汽車質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)的軟測量技術(shù)。 考慮到在輪胎側(cè)偏力達(dá)到飽和情況下，4WS系統(tǒng)對車輛穩(wěn)定性改善有限的局限，針對后輪具有主動(dòng)轉(zhuǎn)向功能的4WS汽車，提出了利用后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向和差動(dòng)制動(dòng)聯(lián)合作用產(chǎn)生補(bǔ)償橫擺力矩的車輛穩(wěn)定性控制策略(VSC)，進(jìn)行了多變量輸入輸出的車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)模糊控制器的設(shè)計(jì)，并利用遺傳算法對VSC

6、模糊控制器參數(shù)及隸屬函數(shù)分布進(jìn)行了優(yōu)化，改善了系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)性能。通過開環(huán)仿真及虛擬樣機(jī)測試表明：所設(shè)計(jì)的VSC控制系統(tǒng)可以保障車輛在極限轉(zhuǎn)向工況下的穩(wěn)定性，有利于提高車輛在危險(xiǎn)行駛中的主動(dòng)安全性。 針對4WS轉(zhuǎn)向控制器與VSC穩(wěn)定性控制器這兩種主動(dòng)控制子系統(tǒng)共存情況下的集成與協(xié)調(diào)策略進(jìn)行了研究，利用狀態(tài)變量相平面法進(jìn)行了車輛失穩(wěn)的量化判定，并依此確定這兩種不同底盤控制子系統(tǒng)的有效作用域，采用模糊判決方法進(jìn)行了控制任務(wù)分配，避免