横摆角速度反馈汽车转向控制的理论研究

从理论上研究了具有横摆角速度反馈特性的汽车转向控制系统,对横摆角速度反馈控制、一增益形式横摆角速度反馈控制进行了系统研究和综合比较,横摆角速度反馈不但使横摆角速度响应的带宽增大,而且同时使横摆角速度阻尼增大,产闰中车辆重心侧偏角的稳态增益和侧向加速度超调量,使得转向运动更加平稳、方向性得到一定程度的改善。另外,研究表明两种前轮转向控制方法对高速工况处的车辆和过度转向珠作用非常明显可以显著地提高车辆     

基于主动前轮转向横摆角速度反馈控制的研究

在主动前轮转向系统中引入横摆角速度反馈传感器,建立了主动前轮转向系统数学模型和横摆角速度反馈控制模型,使用PID控制器实现横摆角速度反馈控制;系统通过产生附加的前轮转角,对前轮转角进行修正,使车辆转向行驶时的横摆角速度和侧偏角很好地跟踪参考模型;并在系统阶跃和正弦输入下分别进行仿真分析,结果表明,在主动前轮转向系统中引入横摆角速度反馈控制可以显著改善车辆横摆角速度的瞬态响应,从而提高了车辆的转向稳定性.     

主动前轮转向对车辆操纵稳定性能的影响

建立了车辆横向动力学模型，在相平面上考察了车速、路面附着系数及前轮转角等对车辆横向稳定域的影响，提出了主动前轮转向控制系统的目标及结构，设计了横摆角速度H∞反馈和前馈控制器并进行综合。通过计算机模拟，考察了反馈控制对车辆横向稳定域的影响及H∞。主动前轮转向控制器在蛇行闭环操纵工况下的性能，结果表明：所设计的控制器大大提高了车辆横向稳定性能，并对侧向风干扰、车速、路面附着系数及前后轮转弯刚度等参数变化具有极强的鲁棒性，从而最终改善了车辆操纵稳定性能。     

驾驶员理想转向盘力矩特性研究

对驾驶员理想转向盘力矩的影响因素进行分析,提出了一种用以描述稳态转向工况的驾驶员理想转向盘力矩模型。针对三款不同型号车辆进行驾驶员转向盘力矩道路试验, 建立了中国西南地区驾驶员理想转向盘力矩模型,研究结果表明: 一定车速下,驾驶员理想转向盘力矩是转向盘转角或者侧向加速度的增函数,但随着转向盘转角或者侧向加速度的增大,驾驶员理想转向盘力矩增大的程度减缓;一定转向盘转角或者侧向加速度下,驾驶员的理想转向盘力矩与速度近似成线性正比关系;如果车辆的体积、车重相近,道路条件相同,驾驶员理想转向盘力矩与车辆的型号无关。     

一种具有不同转向模式的多轴转向车辆设计

为改善多轴转向车辆的低速机动性和高速稳定性,设计了一种具有四种转向模式的多轴转向车辆,并基于零侧偏角比例控制策略分析了该车的转向性能.阐述了车辆系统设计和转向执行器的选择流程;建立了多轴转向车辆的二自由度模型,并基于零侧偏角比例控制策略,推导出了车辆质心侧偏角、横摆角速度和侧向加速度的传递函数;利用MATALAB对不同转向模式下车辆的稳态响应和瞬态响应进行了仿真分析.结果表明:合理选择车辆转向模式能够有效改善车辆的低速机动性和高速稳定性.     

基于前后轮制动力分配的车辆横摆力矩调节方法研究

针对在低附着系数路面转向工况下,基于单轮制动力调节车辆横摆力矩的方法难以纠正不足或过多转向的问题,提出基于前后轮制动力分配调节横摆力矩的方法,该方法根据轮胎非线性特性,分析轮胎所受地面制动力和侧向力及其产生的车辆横摆力矩之间的非线性关系,求解不同路面附着系数时前后轮地面制动力的分配比例,据此产生车辆横摆力矩来改善车辆转向特性。以某款乘用车为研究对象,利用车辆动力学仿真软件veDYNA对该方法进行双移线工况的仿真。     

基于μ综合方法的智能车辆人机共驾的鲁棒横向控制

在大多数智能车辆横向控制研究中,存在未考虑驾驶员误操作的影响这一不足。以人机共驾控制问题为研究对象,将驾驶员操纵转矩和车辆状态作为控制器输入。首先,建立转向系统和车辆二自由度模型,在车辆局部坐标系中,根据预瞄点曲率信息实现虚拟路径的规划,基于车辆状态和目标车道设计上层期望横摆角速度控制器。其次,将侧向风和驾驶员误操作作为干扰输入,以车辆状态中的横摆角速度、转向盘转角、转矩传感器测量值和期望横摆角速度作为控制器反馈变量,考虑车辆参数摄动及传感器测量噪声等影响,设计下层μ综合控制器,使车辆跟踪期望横摆角速度和期望的横向位移,确保车辆能稳定地跟踪目标路径。最后,进行自动换道和车道保持仿真,并基于Carsim/Labview的硬件在环试验台上进行硬件在环试验,仿真和试验结果均表明,提出的横向控制方法能辅助驾驶员更好的跟踪目标车道,且对侧向风和驾驶员误操作均有很好的干扰抑制性能。     

四轮主动转向的两自由度鲁棒控制

在传统前馈四轮主动转向控制的基础上，提出一种两自由度四轮主动转向鲁棒控制方法。该方法通过独立参数化两自由度控制结构的引入，实现了四轮转向系统对车速变化和轮胎侧偏刚度变化的独立补偿。其前馈控制器的设计与传统前馈四轮转向控制完全相同，反馈控制器的设计为一针对轮胎侧偏刚度不确定性的标准H∞控制问题。该方法既充分发挥了传统前馈控制的优点，又降低了反馈控制器的阶数。仿真结果表明，即使在较大的侧向加速度或低附着工况下，该方法亦可较好地实现稳态横摆角速度增益和质心侧偏角的控制，具有良好的鲁棒性。     

四轮转向车辆的直接横摆力矩控制研究

以四轮转向汽车为研究对象,建立七自由度车辆模型、轮胎模型、理想跟踪模型;设计直接横摆力矩和四轮转向相结合的车辆稳定性控制策略。以跟踪理想的质心侧偏角和横摆角速度为控制目标,设计滑模控制器产生车辆转向所需的横摆力矩和后轮转角,按单侧制动的方法将产生的横摆力矩分配到车辆的四个车轮上,通过制动力矩的分配以及转向角的修正,使车辆转向行驶时的横摆角速度和质心侧偏角跟踪理想模型。针对七自由度模型,在Matlab/Simulink中与比例控制四轮转向进行阶跃输入和正弦输入两种工况下的时域仿真对比。仿真结果表明,基于直接横摆力矩和四轮转向相结合的的控制策略有效减小了质心侧偏角,横摆角速度对理想值有很好的跟踪,提高了车辆的操纵稳定性,同时验证了横摆力矩分配的有效性。     

线控转向驾驶员模型反馈系数优化

线控转向系统可以根据车况灵活改变角传动比以提高汽车的操纵稳定性。基于单点预描最优曲率模型,利用车辆转向时的Ackerman几何关系和转向时的稳态横摆角速度与车辆实际横摆角速度之差和理想侧向加速度与车辆实际侧向加速度之差对车辆转向盘转角进行补偿,建立驾驶员转向模型。在建立整车动力学模型和驾驶员模型的基础上,从人--车闭环系统角度出发,采用汽车操纵稳定性综合评价体系中的轨迹跟踪误差总方差、方向误差总方差、车辆侧向加速度总方差、转向盘忙碌程度总方差和侧向力系数总方差所构成的综合评价指标为适应度目标函数与具有全局优化能力的粒子群优化算法相结合对参数进行优化,并将其与参数优化前结果进行对比。试验结果证明了粒子群优化算法的有效性,该算法能够改善操纵稳定性,使优化后的结果能更精确地控制车辆跟随预定的路径。     

Direct yaw moment control for distributed drive electric vehicle handling performance improvement

For a distributed drive electric vehicle (DDEV) driven by four in-wheel motors, advanced vehicle dynamic control methods can be realized easily because motors can be controlled independently, quickly and precisely. And direct yaw-moment control (DYC) has been widely studied and applied to vehicle stability control. Good vehicle handling performance: quick yaw rate transient response, small overshoot, high steady yaw rate gain, etc, is required by drivers under normal conditions, which is less concerned, however. Based on the hierarchical control methodology, a novel control system using direct yaw moment control for improving handling performance of a distributed drive electric vehicle especially under normal driving conditions has been proposed. The upper-loop control system consists of two parts: a state feedback controller, which aims to realize the ideal transient response of yaw rate, with a vehicle sideslip angle observer; and a steering wheel angle feedforward controller designed to achieve a desired yaw rate steady gain. Under the restriction of the effect of poles and zeros in the closed-loop transfer function on the system response and the capacity of in-wheel motors, the integrated time and absolute error (ITAE) function is utilized as the cost function in the optimal control to calculate the ideal eigen frequency and damper coefficient of the system and obtain optimal feedback matrix and feedforward matrix. Simulations and experiments with a DDEV under multiple maneuvers are carried out and show the effectiveness of the proposed method: yaw rate rising time is reduced, steady yaw rate gain is increased, vehicle steering characteristic is close to neutral steer and drivers burdens are also reduced. The control system improves vehicle handling performance under normal conditions in both transient and steady response. State feedback control instead of model following control is introduced in the control system so that the sense of control intervention to drivers is relieved.     

双电机后驱车辆操纵稳定性分层混杂模型预测控制

为改善车辆在复杂工况下的操纵稳定性,解决低附着路面易失稳的问题,针对后驱双电机轮边驱动电动汽车提出一种结合直接横摆控制与主动转向控制的操纵稳定性控制策略。控制策略采用分层控制结构：上层控制器采用多输入多输出系统的模型预测控制,对目标附加横摆力矩与前轮主动转向角进行求解;下层转矩分配控制器采用混杂模型预测控制（hMPC）,将轮胎纵向力的非线性特征简化为分段的混杂系统,在分配驱动转矩时考虑车轮在不同工况下的滑转情况。搭建了基于dSPACE实时仿真系统的仿真平台,在高附着、低附着路面下进行半实物仿真试验。仿真结果表明,与二次规划（QP）转矩分配算法相比,高附着路面工况下平均相对误差减小了17.64%,方均根误差减小了42.86%,最大偏离误差相对减少了7.64%;低附着路面工况下可以有效防止车辆失稳,改善操纵稳定性。     

基于模糊算法的四轮线控转向汽车操稳性研究

为了避免在高速公路行驶场景中极易发生的侧滑和甩尾现象,在车辆前馈比例转向控制策略的基础上提出根据横摆角速度变化量与变化率来动态调节前后轮转角补偿量的模糊控制方法,并结合闭环控制下的转向伺服电机来实现车轮的转向补偿,最后实现对传统前馈比例转向控制策略的优化。在MATLAB环境下对模糊控制的四轮转向车辆的转弯横摆率和质心侧偏角进行仿真,结果显示模糊控制下的前后轮转向补偿方法可以提高横摆角速度和质心侧偏角响应的快速性,同时又能显著降低超调量,相比前馈比例转向控制策略具有较强的稳定性。     

分布式电动汽车附加横摆力矩研究

为提高分布式电动汽车在高速转向工况下的稳定性,针对分布式双电机后驱系统进行转矩分配研究。根据横摆力矩得到汽车转向时左右驱动轮驱动力矩,再对横摆角速度、质心侧偏角与附加横摆力矩关系加以分析,得到横摆角速度误差值及质心侧偏角误差值,并以两个误差值为双输入,附加横摆力矩为单输出,进行模糊控制,并对附加转矩施加至左右驱动轮的方式进行判断。利用Carsim软件与Matlab/Simulink软件联合仿真对结果进行验证,结果表明:经过模糊控制及输入判断的附加横摆力矩施加到驱动轮后,使得分布式电动汽车在高速转向工况下拥有良好的稳定性。     

基于横摆角速度负反馈的电传动履带车辆原地转向控制策略

针对电传动履带车辆的原地转向问题进行了转向控制策略研究。建立了转向动力学模型,进而提出一种基于横摆角速度负反馈的双侧电传动履带车辆原地转向控制策略,将电机最大力矩作为力矩控制初始值以提高转向响应能力,引入横摆角速度负反馈并通过方向盘转角信号控制负反馈增益;对负反馈函数中的参数M与k对控制效果的影响进行了理论分析,为控制系统的设计提供了依据;进行了MATLAB仿真,仿真结果表明控制策略合理有效。     

四轮轮毂电机驱动智能电动汽车转向失效容错控制研究

四轮轮毂电机驱动电动汽车各轮驱动力矩独立可控,可通过控制前轴左右两轮的力矩差实现前轮转向。以四轮轮毂电机驱动智能电动汽车为研究对象,针对线控转向系统执行机构失效时的轨迹跟踪和横摆稳定性协同控制问题,提出一种基于差动转向与直接横摆力矩协同的容错控制方法。该方法采用分层控制架构,上层控制器首先基于时变线性模型预测控制方法求解期望前轮转角和附加横摆力矩,然后考虑转向执行机构建模不确定性以及路面干扰,设计基于滑模变结构控制的前轮转角跟踪控制策略。下层控制器以轮胎负荷率最小化为目标,利用有效集法实现四轮转矩优化分配。最后,分别在高速换道和双移线工况下仿真验证了该控制方法的有效性和实时性。     

主动前轮转向横摆稳定性模糊控制系统设计

提出了一种基于主动前轮转向横摆稳定性控制方法,以横摆角速度和质心侧偏角为控制目标。采用鲁棒性较强的模糊控制方法对汽车稳定性进行控制。建立了整车线性二自由度模型,以反馈系统中的误差信号及其变化率作为模糊系统的输入设计了模糊控制器,通过控制横摆力矩来实现车辆稳定性的控制。对转向盘阶跃输入信号和正弦输入信号两种工况分别进行了仿真研究。通过分析仿真结果,该控制方法能有效地控制车辆横摆角速度和质心侧偏角,提高车辆转向时的稳定性,同时能有效的降低驾驶员的操纵负担。     

基于综合控制的多轴车辆电控液压转向系统

针对某8×2重型货车,建立了阀控缸的二自由度多轴车辆转向动力学模型。使用门限阈值控制及基于RBF神经网络的PID在线整定控制方法,以操纵稳定性和轮胎磨损最优为控制目标,在MATLAB/Simulink中进行仿真,得到了20km/h和50km/h时横摆角速度、质心侧偏角、侧向加速度在第一轴转角阶跃输入下的时域响应,并进行了bode图的频域分析。同时对比了开环控制、PID控制、RBF神经网络整定PID控制下,第三轴转角在行驶及原地转向时的阶跃时域响应。仿真结果表明,车辆具有较好的操纵稳定性和轮胎抗磨性。     

基于集成式电子液压制动系统的横摆稳定性控制策略研究

基于装配集成式电子液压制动系统（Integrated-electro-hydraulic brake system,I-EHB）的车辆进行横摆稳定性控制研究。设计了基于直接横摆力矩控制（Direct yaw moment control,DYC）的运动跟踪控制算法,采用线性二自由度车辆模型得到了参考横摆角速度值,与实际横摆角速度值进行比较通过比例积分（Proportional-integral,PI）控制算法计算出附加横摆力矩。将附加横摆力矩进行控制分配,通过单轮制动方式分配至作用车轮,再转换得到各个车轮的轮缸目标液压力值。利用基于轮缸压力均衡控制方法来跟踪目标轮缸压力,通过查表确定当前压力差下的目标增压速率,采用公式法在线性范围内近似拟合占空比随目标增压速率变化关系,以查表求出的目标增压速率作为输入来得到控制电磁阀的占空比。搭建了该系统的硬件在环测试平台,在高低附路面上验证了控制策略的有效性。