車(chē)輛轉(zhuǎn)向過(guò)程穩(wěn)定性的非線性分析及控制策略研究.pdf

1、摘要伴隨汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)車(chē)輛主動(dòng)安全性能的要求逐漸提高。車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性在車(chē)輛主動(dòng)安全性占據(jù)主導(dǎo)地位，車(chē)輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性的分析與控制是提高車(chē)輛操縱穩(wěn)定性主要途徑。當(dāng)車(chē)輛行駛在高速、大轉(zhuǎn)向的工況下，車(chē)輛進(jìn)入強(qiáng)非線性工作區(qū)域，此時(shí)傳統(tǒng)的線性分析方法不能夠準(zhǔn)確的表述車(chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；基于平面二自由的非線性模型也不能精確表述車(chē)輛當(dāng)前非線性特性。因此通過(guò)建立高維多自由度的非線性車(chē)輛模型來(lái)研究高速、大轉(zhuǎn)向的工況下車(chē)輛的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性能夠?yàn)檐?chē)輛操縱穩(wěn)定

2、性控制提供更精確的理論依據(jù)。本文考慮車(chē)輛在高速轉(zhuǎn)向過(guò)程中系統(tǒng)存在較強(qiáng)的非線性特性問(wèn)題，通過(guò)對(duì)比不同非線性輪胎模型的特點(diǎn)及數(shù)學(xué)形式，采用二次多項(xiàng)式平方輪胎模型，建立含有車(chē)輛側(cè)向、橫擺和側(cè)傾運(yùn)動(dòng)的三自由度非線性轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)模型；借助Hurwitz判據(jù)得出系統(tǒng)在平衡點(diǎn)處的穩(wěn)定性條件，采用數(shù)值方法分析車(chē)輛轉(zhuǎn)向失穩(wěn)過(guò)程中前輪轉(zhuǎn)角與車(chē)速的臨界關(guān)系；研究不同車(chē)輛結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對(duì)車(chē)輛轉(zhuǎn)向過(guò)程穩(wěn)定性的影響。車(chē)輛隨著車(chē)速和前輪轉(zhuǎn)角的增加轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)發(fā)生分岔，運(yùn)

3、用中心流形理論對(duì)搭建的高維非線性車(chē)輛轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行降維處理；根據(jù)非線性分岔理論對(duì)降維后的中心流形系統(tǒng)進(jìn)行分析，并判斷分岔類(lèi)型；結(jié)合相平面分析車(chē)輛轉(zhuǎn)向過(guò)程中系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)隨著前輪轉(zhuǎn)角增加逐漸遠(yuǎn)離原點(diǎn)，最終消失，車(chē)輛將失去控制失穩(wěn)的整個(gè)過(guò)程?？紤]內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化、傳感器噪聲以及外界不確定因素等干擾對(duì)車(chē)輛轉(zhuǎn)向過(guò)程穩(wěn)定性的影響，構(gòu)建了μ分析綜合控制框架；分析了影響轉(zhuǎn)向魯棒性的因素選取，以及加權(quán)函數(shù)與性能加權(quán)函數(shù)對(duì)控制器性能影響，從主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)

4、向控制的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)并對(duì)比了標(biāo)準(zhǔn)H∞和μ綜合控制器的魯棒性能，并針對(duì)μ綜合控制器存在的階數(shù)偏高問(wèn)題，進(jìn)行了降階處理；在MATLABSimulink環(huán)境下與CarSim車(chē)輛模型進(jìn)行聯(lián)合仿真，結(jié)果驗(yàn)證了主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向的μ綜合控制器能夠明顯改善車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性。為提高車(chē)輛轉(zhuǎn)向過(guò)程的穩(wěn)定性，對(duì)車(chē)輛轉(zhuǎn)向的動(dòng)力學(xué)分析，考慮四個(gè)車(chē)輪的滾動(dòng)，構(gòu)造八自由度非線性車(chē)輛模型，在雙移線工況下經(jīng)過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)對(duì)模型驗(yàn)證；基于主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向，設(shè)計(jì)了模型預(yù)測(cè)控制器；與經(jīng)典