汽車四輪轉向和主動懸架的綜合控制研究.pdf

1、隨著人們對汽車操縱穩(wěn)定性、安全性、乘坐舒適性等性能要求的提高，決定這些性能的兩個主要的系統(tǒng)——轉向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)也取得了很大的發(fā)展，如近幾十年出現(xiàn)的四輪轉向系統(tǒng)、主動懸架系統(tǒng)等。許多研究表明，汽車的轉向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)之間存在強耦合，彼此互相影響。對汽車轉向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)的單獨控制在理論上忽視其它子系統(tǒng)的存在，也忽視對其它系統(tǒng)性能目標的影響，其效果并不是兩個子系統(tǒng)單獨控制效果的簡單疊加，往往會出現(xiàn)控制效果的相互削弱，有必要進行兩個子系統(tǒng)的

2、綜合控制。針對該領域研究存在的耦合機理不清晰、協(xié)調機制不健全等關鍵問題開展研究，發(fā)展出一種四輪轉向和主動懸架的綜合控制新方法，對提高車輛的綜合性能具有重要意義。
　　 本文建立了包含四輪轉向和主動懸架的整車統(tǒng)一動力學模型，模型包括了懸掛質量的側向、橫擺、垂直跳動、俯仰、側傾和非懸掛質量的垂直跳動，共9個自由度。采用了能夠反映輪胎非線性特性和側向垂向耦合特性的側向力半經驗模型。對車輛動力學模型進行了試驗驗證。在整車9自由度模型的基

3、礎上進一步簡化，分別建立了2自由度四輪轉向模型和7自由度主動懸架模型，并分別設計了四輪轉向和主動懸架最優(yōu)控制器。建立了四輪轉向系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真平臺，采用步進電機作為后輪轉向的執(zhí)行機構，分別安裝了兩個角位移傳感器檢測前后輪轉角。進行了四輪轉向硬件在環(huán)仿真實驗，結果表明，后輪轉向的響應滯后時間小于30ms，對車輛轉向系統(tǒng)響應的影響很小，在四輪轉向的控制算法中可以不用考慮。
　　 通過靈敏度分析，研究了轉向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)的耦合關系。

4、由于簧上質量的耦合作用，車輛轉向時簧上質量的離心力引起車身側傾角和內外側車輪垂直載荷的變化。一方面，由于懸架導向系的耦合作用，車身側傾引起車輪側傾轉向和車輪外傾，影響車輛穩(wěn)態(tài)轉向特性；另一方面，由于輪胎側向垂向耦合特性，內外側車輪垂直載荷發(fā)生變化，導致前軸或后軸等效側偏剛度減小，影響車輛轉向特性。
　　 通過主動懸架的控制，轉向時車身側傾角明顯減小，車輪側傾轉向和車輪外傾產生的側向力也明顯減小，車輛的穩(wěn)態(tài)轉向特性改變?？紤]輪胎側

5、向垂向耦合特性，研究了四輪轉向和主動懸架控制對車輛轉向性能的影響。
　　 提出了一種基于車身姿態(tài)控制的四輪轉向和主動懸架的協(xié)調控制策略。在引入主動懸架控制的同時，引入四輪轉向的控制，并且對四輪轉向的控制量進行調整。在此基礎上，提出了一種基于前后懸架剛度匹配的協(xié)調控制策略，得到二者綜合的協(xié)調控制策略。根據(jù)車輛橫擺角速度響應與參考值的偏差，對主動懸架的控制量進行調整。
　　 通過方向盤角階躍輸入仿真，研究了采用不同控制系統(tǒng)時