四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向車輛的側(cè)向動(dòng)力學(xué)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(dòng)安全性提出了越來越高的要求。主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制作為一項(xiàng)主動(dòng)底盤控制技術(shù)成為近年來車輛動(dòng)力學(xué)的研究熱點(diǎn)。由于傳統(tǒng)意義上的四輪轉(zhuǎn)向只以后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向角作為控制輸入，因而為同時(shí)優(yōu)化車輛的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角響應(yīng)帶來一定困難。隨著主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制技術(shù)的發(fā)展，本文創(chuàng)新性地將前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向與傳統(tǒng)的四輪轉(zhuǎn)向相結(jié)合，提出了前、后輪均可控制的所謂“四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向”系統(tǒng)并對其進(jìn)行了系統(tǒng)全面地研究

2、。該系統(tǒng)主要以提高與主動(dòng)安全性直接相關(guān)的中高速轉(zhuǎn)向時(shí)車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)性能為研究目標(biāo)，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(dòng)轉(zhuǎn)向的控制策略進(jìn)行了研究，并通過對仿真結(jié)果的分析和比較，驗(yàn)證了所提出的四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對提高車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)模型，包括車身的縱向、橫擺、側(cè)向、側(cè)傾運(yùn)動(dòng)以及四個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，并以此作為本文控制器研究與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。將所建立的整車模型

3、在Matlab/Simulink軟件環(huán)境中進(jìn)行仿真，并通過與車輛動(dòng)力學(xué)專業(yè)軟件Carsim整車仿真結(jié)果比較，驗(yàn)證了所建立的車輛模型的正確性。
　　 作為車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)控制中的一個(gè)至關(guān)重要的反饋?zhàn)兞?，質(zhì)心側(cè)向速度估計(jì)得到廣泛關(guān)注和研究，本文基于卡爾曼濾波理論，分別設(shè)計(jì)了基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和基于動(dòng)力學(xué)模型的質(zhì)心側(cè)向速度估計(jì)器。為了提高質(zhì)心側(cè)向速度的估計(jì)精度，充分利用上述兩種估計(jì)器的優(yōu)點(diǎn)并彌補(bǔ)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(jì)器相結(jié)合，提出了基于聯(lián)合運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)模型的質(zhì)心側(cè)向速度估計(jì)器，仿真結(jié)果表明，所提出的質(zhì)心側(cè)向速度估計(jì)器的估計(jì)精度有了明顯提高。
　　 針對傳統(tǒng)意義上的四輪轉(zhuǎn)向的局限性，將后輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向與前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向結(jié)合構(gòu)成四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向。為了使車輛的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角響應(yīng)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(jié)合跟蹤參考模型的控制策略計(jì)算實(shí)際的前、后輪轉(zhuǎn)向角，仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的四輪轉(zhuǎn)向相比，所設(shè)計(jì)的

5、四輪轉(zhuǎn)向控制器能夠很好地跟蹤車輛運(yùn)動(dòng)參考模型，并同時(shí)保證良好的駕駛感受，即與傳統(tǒng)前輪轉(zhuǎn)向車輛同樣的駕駛感覺。
　　 考慮到側(cè)向載荷轉(zhuǎn)移對車輛操縱穩(wěn)定性的影響，本研究將四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向與主動(dòng)側(cè)傾控制相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一個(gè)四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向與主動(dòng)側(cè)傾控制的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其中四輪主動(dòng)轉(zhuǎn)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。基于橫擺角速度反饋，設(shè)計(jì)主動(dòng)側(cè)傾控制器，能夠通過重新分配前后軸的上側(cè)傾力矩，為車輛提

6、供更多的轉(zhuǎn)向能力。
　　 考慮到大側(cè)向加速度下輪胎進(jìn)入非線性區(qū)域時(shí)，主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)對穩(wěn)定性控制的局限性，本文提出了一個(gè)基于四輪轉(zhuǎn)向和差動(dòng)制動(dòng)聯(lián)合控制的車輛側(cè)向穩(wěn)定性控制策略。通過分析四輪轉(zhuǎn)向和差動(dòng)制動(dòng)對車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)的影響，設(shè)計(jì)了一個(gè)雙輸入雙輸出的模糊控制器，以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)男Ｕ龣M擺力矩和后輪轉(zhuǎn)向角來控制橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)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(yīng)，從