四轮转向汽车的动特性分析

建立了二自由度四轮转向汽车模型的动力学方程,并以此推演出汽车质心侧偏角为零时所需的前后轮转向比和横摆角速度与前轮转角的传递函数.最后以某轿车为例,通过使用MATLAB软件仿真分析汽车低速和高速下行驶时的时域响应和频域响应来比较四轮转向汽车与二轮转向汽车的动态特性.结果表明,较之二轮转向汽车,四轮转向汽车能大幅度的提高汽车对方向盘输入的动态响应特性,具有更好的机动性能和稳定性能.     

基于神经网络的四轮转向车辆控制研究

车辆操纵稳定性是影响车辆主动安全性的重要因素，四轮转向控制可以提高车辆低速行驶时的灵活性，高速行驶时的稳定性，但是传统的四轮转向控制系统大多建立在经典控制理论的基础上，对实际车辆很难得到满意的控制效果，在考虑了轮胎非线性的双自由度车模型的基础上，建立了四轮转向车辆的神经网络正模型，并对其逆模型进行了辩识，用逆模型作控制器，使四轮转向车辆的质心侧偏角在高速行驶时基本保持为零，研究结果表明，该方法比定前后轮转向比控制法效果更好。     

分布式独立驱动车辆复合转向匹配特性研究

为研究分布式独立电驱动车辆的复合转向机理,提升车辆的转向机动性、操纵稳定性,以某型8 × 8独立电驱动车辆为对象,构建整车仿真模型、分布式独立电驱动控制模型以及车辆复合转向控制模型,在几何转向的基础上,通过在驱动轮主动叠加速差转角即前馈施加车轮虚拟偏转角的方法,分析在相同轮转角状态下,几何转向模式与复合转向模式对车辆转向半径的影响。通过不同行驶工况下的动态仿真,结合车辆的横摆角度、侧向加速度、质心侧偏角等车辆稳定性特性参数,分析复合转向对于车辆操纵稳定的影响,得出分布式独立电驱动车辆复合转向匹配特性。     

四轮转向的神经网络直接逆控制

采用二自由度摩托车模型研究四轮转向车辆的转向特性,建立四轮转向车辆线性二自由度动力学模型和方程.着重设计BP神经网络直接逆控制系统,通过离线辨识、在线学习控制被控系统,与其他控制方法对比表明,神经网络直接逆控制系统能够更加有效的控制后轮转角以便使车辆质心侧偏角为零,并提高车辆低速机动性和高速稳定性.     

基于模糊PID线控转向系统前轮转角控制

转向系统是乘用车的重要性能指标之一,它关系到整车的操纵稳定性以及舒适性.通过对乘用车线控转向系统结构、原理进行分析,建立了基于Simulink与CarSim的汽车线控转向系统联合仿真模型,将模糊理论应用到前轮转角控制策略中,并在整车动力学模型的基础上,设计模糊PID控制器,用于前轮转角控制.仿真结果表明:汽车低速行驶时,较小方向盘转角能实现较大的前轮转角变化,其传动比较小,驾驶员转向轻便;而高速行驶时,需要较大的方向盘转角实现前轮转角变化,传动比较大,可有效防止汽车高速抖动,提高汽车操纵的稳定性.     

基于运动学和动力学的汽车后轮转向机构设计

后轮转向机构的优化设计是商用车四轮转向技术的关键,为了减小在车轮跳动时后轮转向机构与悬架之间的运动干涉、后轮摆振以及车轮磨损,提出了通过建立后轮转向机构的空间模型和后轮转向机构的动力学虚拟模型,直接以减小转向拉杆与悬架的运动不协调偏差量为目标函数的优化设计方案,结合整车操作稳定性试验,验证了该方案的合理性,为后轮转向机构的设计提供了一定参考。     

基于最优控制的三自由度四轮转向研究

建立四轮转向的三自由度模型,采用最优控制理论求得最优反馈增益矩阵,最后应用MATLAB/Simulink软件建立模型进行仿真;在前轮角阶跃输入下,与传统的前轮转向和比例控制的四轮转向车辆进行对比分析;结果表明,所建立的三自由度车辆模型的横摆角速度能够很快达到稳态值;质心侧偏角和侧倾角基本保持为零;降低了驾驶员的驾驶疲劳程度并且提高了行驶安全性和操纵稳定性。     

ADAMS在汽车操纵稳定性仿真分析中的运用

利用ADAMS软件建立了某轿车的操纵动力学多体仿真模型,详细考虑了前后悬架系统、转向系统、轮胎以及各种连接件中的弹性衬套的影响,分析了汽车在方向盘转角阶跃输入时的转向特性.通过对不同车速、不同载荷下的仿真计算,得出汽车转向特性在这些条件下的不同表现,揭示了汽车转向特性与车速、载荷和轮胎的内在关系,为汽车操纵稳定性分析提供了参考.     

高速无人驾驶车辆轨迹跟踪和稳定性控制

针对高速无人驾驶车辆运动控制过程中轨迹跟踪精度和稳定性难以同时保障的问题,提出综合前馈-反馈及自抗扰控制(ADRC)补偿相结合的横向控制算法. 通过车速和道路曲率信息计算前馈稳态前轮转向角,将质心侧偏角引入航向偏差,以车辆航向角偏差和侧向偏差作为参考量进行反馈控制,通过前馈-反馈控制提升瞬态轨迹跟踪性能. 设计自抗扰控制器,通过扩张状态观测器对未建模动态和内外界干扰进行估计,通过将后轮侧偏角控制在参考值附近来补偿前轮转角,提升无人驾驶车辆的转向稳定性和控制器的鲁棒性. 不同工况下的仿真结果表明,利用该方法可以保证高速无人驾驶车辆稳定地跟踪期望路径行驶,轨迹跟踪偏差较小,对车辆参数变化和外界干扰具有较强的鲁棒性.     

侧向风干扰下的汽车主动前轮转向最优控制

侧向风对汽车行驶操纵稳定性有重要影响.通过分析侧向风干扰下车辆稳定性,提出基于主动前轮转向(active front wheel steering,AFS)的控制策略.AFS控制器采用线性二次型最优控制算法,以实现横摆角速度和质心侧偏角目标值跟踪.为了评价控制算法,基于MATLAB/Simulink和CarSim协同仿真环境建立整车动力学模型、单点预瞄驾驶员模型、控制器模型、道路和侧向风模型.仿真结果表明,AFS可有效提高车辆在侧向风干扰下的操纵稳定性,且控制算法对车速和路面附着系数具有良好的鲁棒性.     

四轮转向汽车后轮转角控制因子控制效果研究

采用汽车的“自行车”模型,建立了四轮转向汽车的数学模型,在MATLAB／Simulink环境下搭建仿真模型,对四轮转向汽车的前轮转角输入控制因子和横摆角速度反馈输入控制因子对汽车操纵稳定性的影响进行了仿真分析．研究表明,两控制因子均能显著降低汽车质心侧偏角和侧向加速度,提高车辆操纵稳定性,但同时又降低了车辆的横摆角速度,降低了驾驶员的转向感觉;横摆角速度反馈输入控制因子对汽车质心侧偏角的影响还表现出了二重性,在四轮转向设计阶段应根据具体情况合理选取两控制因子．     

主动前轮转向和直接横摆力矩集成控制

针对车辆操稳性控制中功能耦合的主动前轮转向（AFS）与直接横摆力矩控制（DYC）的任务协调问题,提出优化相平面法进行稳定区域划分.基于所提方法建立轮胎侧向力特性协调准则,实现纵横向动力学系统操稳性集成控制.以前、后轮侧偏角及两者之差作为车辆横向稳定的表征量,结合轮胎侧向力特性划分车辆横向状态为稳定、临界稳定和失稳状态区间.建立AFS与DYC的协调准则.考虑控制算法面向实际应用时状态量的获取问题,建立基于超螺旋算法的状态观测器估计车辆前后轮侧偏角.分别设计基于自适应超螺旋高阶滑模算法的AFS和DYC控制器,在消除控制器抖振和避免频繁切换的基础上完成稳定性控制.试验结果表明,所提协调准则和控制算法对协调AFS和DYC有积极作用,且操稳性控制效果良好.     

On fractional control method for four-wheel-steering vehicle

Four-wheel-steering (4WS) system can enhance vehicle cornering ability by steering the rear wheels in accordance with the front wheels steering and vehicle status. With such steering control system, it becomes possible to improve the lateral stability and handling performance. In this paper, a new control method for 4WS vehicle is proposed, its rear wheels steering angle is in accordance with the angle of front wheels steering and vehicle yaw rate, and the effects of front wheels steering angle velocity are considered by adopting the fractional derivative theory. Some design specifications for control law are also given. The effects of the control method are verified by a kind of numerical scheme presented in this paper. The dynamic characteristics such as the side-slip angle and the yaw angle velocity of the vehicle gravity center are compared among three kinds of vehicles with different control methods. And the kinematics characteristics such as turning radius between 4WS and 2WS are also discussed. Numerical simulation shows that the control method presented can improve the transient response and reduce the turning radius of 4WS vehicle. Supported by Ford-China Research and Development Foundation (Grant No. 50122153)     

线控转向汽车横摆角速度增益优化设计

为了解决汽车线控转向系统(SBW)转向角传动比的设计问题,对SBW汽车横摆角速度增益值优化方法进行了研究。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评价指标、驾驶员操纵负担的评价指标、侧翻危险性评价指标和侧滑危险性评价指标并与遗传算法相结合,在典型车速下对汽车横摆角速度增益值进行了优化。试验结果表明,采用优化后横摆角速度增益值设计的SBW转向传动比可有效地提高汽车操纵性,减轻驾驶员负担。     

主动转向技术在汽车侧向稳定性控制中的应用

以汽车2自由度模型作为参考模型,利用主动转向技术建立了一种提高汽车侧向稳定性的控制方法。该方法采用主动转向技术来改变转向轮的转向角度,从而有效减少汽车的侧向力,来提高汽车的侧向稳定性能力。在8自由度汽车动力学模型的基础上,运用主动转向技术的控制策略进行了汽车的性能仿真分析。与未采用侧向稳定性控制系统的汽车动力学分析结果相比,该方法能够较好地提高汽车的侧向稳定性能力,增加汽车的主动安全性。     

汽车EPS回正工况模糊PID控制及试验

汽车转向盘回正时,存在回正不足和回正超调现象.为了增强汽车电动助力转向系统(EPS)的回正性能,建立了EPS系统动力学模型和汽车三自由度转向模型,设计了回正工况的模糊PID控制,进行了仿真分析和实车试验.结果表明:对回正工况采用模糊PID控制后,30 km/h时的最终残留角为6°,得到改善,60 km/h时的“摆头”现象得到明显抑制,回正不足或回正超调控制得到改善;满足系统的回正性能,提高了系统的鲁棒性能和驾驶手感.     

静液传动高速履带车辆转向参数匹配与控制

为了解决静液传动履带车辆转向时外侧系统压力容易过高以及转向轨迹控制问题,基于双侧轮边液压驱动结构特点,提出了外侧马达采用压力、发动机转速双参数控制,内侧跟随外侧采用速度闭环控制的转向控制策略,对目标相对转向半径与方向盘转角、车速,马达排量与发动机转速、系统压力等参数进行了匹配。建立了整车转向仿真模型与实车实验系统。仿真与实验结果表明,控制策略能有效控制系统压力,参数匹配结果能满足转向控制要求,车辆按照目标相对转向半径实现了准确快速转向。     

非道路车辆全向电动底盘四轮差速转向模型

提出的全向电动底盘可以实现四轮独立驱动和独立转向。在Akermann-Jeantand两轮转向模型的基础上,对全向电动底盘四轮差速转向数学模型进行了研究。建立了四轮差速转向过程中四个车轮之间的角度关系和速度关系,解决了全向电动底盘四轮差速控制过程中的关键问题。利用所建立的四轮差速转向数学模型可实现全向电动底盘的四轮差速转向控制。由四轮差速转向模型可以看出,四轮差速转向逆相控制模式可使转弯半径减小一半,这对于提高全向电动底盘的灵活性和操控性具有非常重要的意义。     

基于变权重系数的LQR车辆后轮主动转向控制研究

为提高4WS汽车LQR后轮主动转向控制器的性能与适用范围,分析不同路面附着条件下质心侧偏角、横摆角速度对汽车稳定性的影响,提出一种基于路面附着系数调整最优控制中半正定矩阵Q权重系数策略.利用模糊控制理论设计变权重系数调节器,实现最优控制参数的自适应调整.通过Matlab/Simulink软件进行闭环双移线仿真试验,结果表明,在不同附着路面上行驶时,所提出的变权重系数LQR后轮主动转向控制器能够改善车辆的稳定性与安全性,保证车辆按照驾驶员预期的理想轨迹行驶,顺利完成双移线试验;相比于LQR后轮主动转向控制器,与标准双移线轨迹之间的误差降低了28.25%.通过硬件在环试验验证了这一控制系统的可行性与实时性.     

基于串级MPC和EPS的集成驾驶员转向车道线保持

针对电动助力转向( EPS)作为转向执行机构的车道线保持的控制系统设计及保留驾驶员对车辆操控问题,提出基于串级模型预测控制( MPC)和EPS集成驾驶员转向的车道线保持系统. 在车道线识别视觉系统空间,建立车道线保持状态空间模型,设计基于MPC的车道线保持控制器( LMPC) . 建立EPS状态空间模型,设计基于MPC的EPS车辆前轮转角控制器( EMPC) . LMPC与EMPC经逆转向机构模型组成串级控制结构. 分析驾驶员转向对车道线保持控制的影响,进而通过保留驾驶员对车辆控制来提高处理紧急事件的能力. 仿真结果表明:在不同车速和不同曲率道路下,该控制策略均能快速消除横向位置偏差和航向角偏差,保证车辆沿着车道线行驶,具有较好的适应性和鲁棒性. 驾驶员转向可以改善车道线保持和提高车辆主动安全性.