汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力學(xué)分析與控制方法研究.pdf

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)向輪之間的機械連接,可以任意設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的角傳動比和力傳動比,因此從根本上解決傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固定傳動比造成的汽車轉(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)外研究的焦點之一。
　　 本文首先針對前輪轉(zhuǎn)向模塊的

2、控制目標和控制要求,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)行電機控制(下層控制)系統(tǒng)兩個部分。針對下層控制系統(tǒng),對前輪轉(zhuǎn)向模塊進行了動力學(xué)分析及建模,設(shè)計了一種基于分數(shù)階微積分理論的新型分數(shù)階PIλDμ控制器,仿真結(jié)果表明:該控制器在實現(xiàn)前輪正常轉(zhuǎn)向和回正功能的同時,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)計的理想傳動比能滿足設(shè)計要求。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)進行了仿真分析,驗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)諸如嚴重的過多轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向,本文提出了一種基于主動前輪轉(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?shù)臅r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)上引入控制時滯,對線性時滯系統(tǒng)的穩(wěn)定性、時滯對車輛系統(tǒng)動態(tài)特性的影響以及系統(tǒng)的時滯補償問題等方面進行了具體的研究。并對時滯對車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的影響以及系統(tǒng)的時滯補償進行了仿真分析。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方面入手開發(fā)了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的臺架試驗裝置,并利用此試驗裝置對前輪轉(zhuǎn)向模塊的

5、基于分層結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)進行了驗證。試驗研究與理論模型研究結(jié)果基本相符。
　　 本論文的創(chuàng)新點在于:首先對分數(shù)階控制理論進行了研究,通過優(yōu)化方法實現(xiàn)了分數(shù)階PIλDμ控制器中五個參數(shù)的整定。構(gòu)造了分數(shù)階PIλDμ控制器的仿真模型,解決了分數(shù)階系統(tǒng)不能直接在MATLAB仿真環(huán)境中直接進行仿真的問題。并將分數(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。其次將分數(shù)階PIλDμ控制器和模糊控制器有機地結(jié)合在一起,實現(xiàn)了該模塊的分層結(jié)