汽车线控转向系统的研究现状与发展

鉴于汽车转向系统直接影响着汽车操纵稳定性、驾驶舒适性和主动安全性,引入新一代线控转向系统,并比较了线控转向系统与传统转向系统的特点.从提出概念、原型设计和概念车开发三方面阐述了线控转向系统的发展历史和研究现状.介绍了线控转向系统的结构、工作原理、关键部件和分类情况,分析了线控转向系统的控制策略及其对汽车的操纵稳定性、空间结构、智能性、安全性等方面的改善.最后讨论了线控转向系统在未来发展中亟需解决的相关问题,包括安全可靠问题、成本问题、控制策略问题和动力电源问题等.     

汽车线控转向系统的建模与仿真研究

研究汽车转向稳定性控制问题。针对线控转向系统的可变转向特性对汽车操纵影响稳定性,为保证行驶安全性,通过分析线控转向系统的工作原理和结构特点,建立线控转向系统各组成部分的数学模型,结合驾驶员模型和整车模型,对线控转向系统的可变角传递特性和力传递特性进行仿真。仿真结果表明:SBW系统能够获得与传统转向系统同样清晰的路感,并且SBW系统能够保持稳定的转向灵敏度,从而改善了汽车的稳定性,为保证行驶的安全提供了依据。     

线控转向系统的主动转向控制策略研究

线控转向系统取消了转向盘和转向轮之间的机械连接,可以对前轮进行主动转向控制以增强操纵稳定性和主动安全性.通过使前轮线控转向系统的期望横摆角速度跟踪稳态质心侧偏角为0的四轮转向车辆的横摆角速度,设计线控转向系统的变传动比,主动控制前轮转角.通过时域响应、转向增益、开环总方差等指标对其进行了性能分析.结果表明:采用提出的主动转向控制策略时稳态质心侧偏角大大降低,开环总方差大大降低,从而提高了汽车的操纵稳定性.     

线控转向系统动力学模型的研究

准确简单的线控转向系统动力学模型是研究线控转向的各种控制策略和参数匹配的基础.建立了线控转向系统的人-车-路闭环动力学模型,包括道路模型、驾驶员模型、控制器模型、转向盘总成模型、整车模型(包括车身模型、轮胎模型)及前轮转向总成模型等.基于以上模型,研究了驾驶员模型参数:驾驶员的补偿转向增益和认知时间延迟引起的死区时间变化对实际侧向偏移到目标侧向偏移的传递函数频率响应的影响.结果表明,选择不同的参数对线控转向系统的操纵稳定性影响较大,应合理选择相关参数.     

线控转向系统全状态反馈控制策略的研究

为了根据车况和驾驶员喜好实现最优的操纵特性(不足转向、过度转向和中性转向),需要主动控制前轮转角.线控转向系统利用车辆全状态(横摆角速度和质心侧偏角)反馈控制策略优化驾驶员的转向输入,主动控制前轮转角来优化车辆的转向特性,高速时具有适当的不足转向特性,低速时具有适当的过度转向特性,从而在反应快速和安全性之间很好的权衡.其中通过状态观测器估计侧偏角.结果表明,在紧急操纵时可以代替驾驶员协调使车辆保持稳定,正常操纵时补偿物理参数或操纵条件的变化而保持操纵特性的一致.     

基于阿克曼算法的轮毂电动汽车控制方法研究

轮毂电动汽车以其独特的线控转向、线控驱动及线控制动设计,实现了整车的机电一体化控制.以前置前驱、前轮转向的轮毂电动汽车为研究对象,依据阿克曼转向模型原理,实现轮毂电动汽车前轮独立转向及差速系统的控制;同时,根据ABS控制理论,实现对轮毂电动汽车有效制动的控制.以上控制方法经实验验证切实可行.     

遗传算法优化线控转向系统角传动比的研究

线控转向系统取消了转向盘与转向轮的机械连接,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.首先建立了线控转向系统的人-车-路闭环动力学模型,包括道路模型、驾驶员模型、二自由度整车模型.然后研究了包括轨道误差总方差、方向误差指标、驾驶员转向负担三项指标的开环总方差.最后利用遗传算法,以开环总方差为适应度函数,对不同车速下的传动比进行优化.结果表明,各车速下的传动比使得开环总方差较小,提高了车道跟踪性能、方向稳定性能.降低了驾驶员的转向负荷,从而提高汽车的操纵稳定性.     

基于状态反馈的线控转向系统控制策略研究

研究汽车转向稳定性控制问题.针对线控转向系统的可变转向特性对汽车操纵稳定性的影响,为保证行驶安全,建立基于车辆横摆角速度与稳态横摆角速度之差(反馈系数F1)以及车辆侧向加速度与理想侧向加速度之差(反馈系数F2)反馈的驾驶员模型.结合整车模型和综合评价指标函数,分别对反馈系数F1(F2=0)、F2(F1 =0)和F1、F2进行优化,对线控转向系统的行驶状态进行仿真并与无反馈控制的驾驶员模型进行了比较.仿真试验结果表明:基于侧向加速度与横摆角速度共同反馈的方法,对前轮转角进行补偿,可较好的控制车辆的侧向位移、侧向加速度、横摆角速度和质心侧偏角,提高车道跟踪性能、方向稳定性能、降低驾驶员的转向负担,提高汽车的操纵稳定性.     

FlexRay总线在线控转向中的应用

本文设计了基于FlexRay总线通讯的线控转向系统。首先介绍了FlexRay总线的基本特点;然后构建线控转向系统转向操纵模块和转向执行模块,两模块之问通过FlexRay总线通讯;最后基于MC9S12XF512和TJA1080完成了线控转向系统节点硬件和软件设计。实验证明FlexRay总线可以满足线控转向系统的实时性和可靠性要求。     

牵引车–飞机系统的自适应滑模变结构控制

将自动转向技术应用于牵引车–飞机系统, 并以侧偏位移和相对横摆角作为反馈, 提出一种牵引车四轮主动转向控制策略. 重点考虑牵引车和飞机的侧向和横摆运动, 建立含铰接角在内的牵引车–飞机系统非线性动力学模型. 将牵引车和飞机的轮胎侧偏刚度视为有界的不确定性参数, 将侧向风等因素视为未知的外在扰动, 采用自适应滑模变结构控制方法设计牵引车转向角控制器. 仿真结果表明, 设计出的前、后轮转向控制器能使控制系统同时获得很好的轨迹跟踪性和操纵稳定性, 并且能够有效的克服参数摄动和外界干扰对系统操作性的影响.