四輪主動轉向車輛的側向動力學控制研究.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。主動轉向控制作為一項主動底盤控制技術成為近年來車輛動力學的研究熱點。由于傳統(tǒng)意義上的四輪轉向只以后輪主動轉向角作為控制輸入，因而為同時優(yōu)化車輛的橫擺角速度和質心側偏角響應帶來一定困難。隨著主動轉向控制技術的發(fā)展，本文創(chuàng)新性地將前輪主動轉向與傳統(tǒng)的四輪轉向相結合，提出了前、后輪均可控制的所謂“四輪主動轉向”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向時車輛側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，對四輪主動轉向的控制策略進行了研究，并通過對仿真結果的分析和比較，驗證了所提出的四輪主動轉向系統(tǒng)對提高車輛側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、側向、側傾運動以及四個車輪的轉動，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整車仿真結果比較，驗證了所建立的車輛模型的正確性。
　　 作為車輛側向動力學控制中的一個至關重要的反饋變量，質心側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心側向速度估計器。為了提高質心側向速度的估計精度，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合，提出了基于聯(lián)合運動學/動力學模型的質心側向速度估計器，仿真結果表明，所提出的質心側向速度估計器的估計精度有了明顯提高。
　　 針對傳統(tǒng)意義上的四輪轉向的局限性，將后輪主動轉向與前輪主動轉向結合構成四輪主動轉向。為了使車輛的橫擺角速度和質心側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)反饋控制相結合跟蹤參考模型的控制策略計算實際的前、后輪轉向角，仿真結果表明，與傳統(tǒng)的四輪轉向相比，所設計的

5、四輪轉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)前輪轉向車輛同樣的駕駛感覺。
　　 考慮到側向載荷轉移對車輛操縱穩(wěn)定性的影響，本研究將四輪主動轉向與主動側傾控制相結合，設計了一個四輪主動轉向與主動側傾控制的協(xié)調控制系統(tǒng)，其中四輪主動轉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，設計主動側傾控制器，能夠通過重新分配前后軸的上側傾力矩，為車輛提

6、供更多的轉向能力。
　　 考慮到大側向加速度下輪胎進入非線性區(qū)域時，主動轉向技術對穩(wěn)定性控制的局限性，本文提出了一個基于四輪轉向和差動制動聯(lián)合控制的車輛側向穩(wěn)定性控制策略。通過分析四輪轉向和差動制動對車輛側向動力學的影響，設計了一個雙輸入雙輸出的模糊控制器，以產生適當?shù)男Ｕ龣M擺力矩和后輪轉向角來控制橫擺角速度和質心側偏角。仿真結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