基于線控技術的四輪主動轉向汽車控制策略仿真研究.pdf

1、四輪轉向(4WS)技術是改善汽車操縱穩(wěn)定性及提高行駛安全性的最常用的、有效的主動底盤控制技術。為了充分發(fā)揮四輪轉向系統(tǒng)對車輛側向動力學的影響，基于近年來線控轉向技術的發(fā)展，論文以前、后輪均可控的全主動四輪轉向汽車為研究對象，以車輛側向動力學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，對四輪主動轉向汽車控制策略進行了比較系統(tǒng)深入的研究。 進行了4WS汽車非線性動力學模型分析以及基于多體動力學分

2、析軟件ADAMS的虛擬樣機建模研究，并利用MATLAB/Simulink實現了4WS汽車非線性動力學模型的數值計算，為不同控制策略的研究和控制效果的驗證提供了精度較高、運算較快的底盤控制系統(tǒng)實時仿真平臺；此外，利用ADAMS/Controls模塊實現了由MATLAB/Simulink設計的控制器與由ADAMS/View建立的4WS汽車虛擬樣機進行“機械-控制系統(tǒng)”可視化聯(lián)合仿真的思想。 基于線控技術和最優(yōu)控制原理，提出了四輪主動

3、轉向汽車的模型跟蹤控制策略。在分析了車輛轉向的理想狀態(tài)后，進行了主動4WS汽車前、后輪轉角最優(yōu)跟隨控制器設計和算法推導。 開環(huán)仿真表明：在線性操縱區(qū)域內，基于最優(yōu)控制的主動4WS汽車實現了零化汽車質心側偏角與跟蹤期望橫擺率的控制目標； 在引入“單點預瞄最優(yōu)曲率”駕駛員模型后，通過閉環(huán)系統(tǒng)雙移線仿真和評價指標分析得出：最優(yōu)控制主動4WS汽車具有更好的路徑跟蹤精度和更優(yōu)的主動安全性綜合評價指標，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的轉向性能。 針對具有不確定性的4WS汽車，提出了非線性滑模變結構控制策略。將實際車輛的前、后輪側偏剛度及外界干擾視為有界的不確定性參數，設計了四輪主動轉向的滑模變結構控制器以克服車輛未知的參數攝動與外部擾動影響，并進行了控制效果的魯棒性驗證。 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向模型，控制系統(tǒng)對于一定范圍內的車輛參數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性。此外，論文基于擴展Kalman濾波理論，還研究了利用側向加速度測量值對汽車質心側偏角與橫擺角速度進行狀態(tài)估計的軟測量技術。 考慮到在輪胎側偏力達到飽和情況下，4WS系統(tǒng)對車輛穩(wěn)定性改善有限的局限，針對后輪具有主動轉向功能的4WS汽車，提出了利用后輪主動轉向和差動制動聯(lián)合作用產生補償橫擺力矩的車輛穩(wěn)定性控制策略(VSC)，進行了多變量輸入輸出的車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)模糊控制器的設計，并利用遺傳算法對VSC

6、模糊控制器參數及隸屬函數分布進行了優(yōu)化，改善了系統(tǒng)的瞬態(tài)響應性能。通過開環(huán)仿真及虛擬樣機測試表明：所設計的VSC控制系統(tǒng)可以保障車輛在極限轉向工況下的穩(wěn)定性，有利于提高車輛在危險行駛中的主動安全性。 針對4WS轉向控制器與VSC穩(wěn)定性控制器這兩種主動控制子系統(tǒng)共存情況下的集成與協(xié)調策略進行了研究，利用狀態(tài)變量相平面法進行了車輛失穩(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行了控制任務分配，避免