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多轴转向车辆操纵稳定性控制策略研究

作　者: 李华师
导　师: 王树凤
学　校: 山东理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 多轴转向车辆操纵稳定性非线性最优控制模糊控制
分类号: U461.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 7次
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内容摘要

多轴转向技术是改善车辆操纵稳定性的有效的主动底盘控制技术,可有效解决传统前轮转向车辆低速转向不灵活、中高速稳定性差的问题。目前,四轮转向控制大多是针对后轮转角的主动控制,这种方法可较好地控制车辆的一个状态变量,但不能实现多目标控制,且对于车辆在极限工况下的稳定性控制作用有限；对于三轴及以上的多轴转向技术,大多采用的是零质心侧偏角比例控制策略,控制方式较为简单,且缺乏在非线性动力学控制方面的研究。鉴于目前状况,本文对四轮转向车辆的转角与横摆力矩联合控制策略和三轴全轮转向车辆的转角控制策略进行了研究。研究工作具体如下：(1)为解决零质心侧偏角比例控制四轮转向车辆中高速出现过度不足转向的问题,提出了在后轮转角控制基础上附加横摆力矩的控制策略,基于车辆线性二自由度模型,采用伺服跟踪最优控制算法,设计了联合最优控制系统。(2)以提高车辆在极限工况下的稳定性为目的,对四轮转向车辆进行了非线性联合控制研究。建立了车辆的非线性整车动力学模型,基于状态调节器最优控制原理,设计了非线性联合最优控制系统。为了能更真实地反映车辆的动力学特性,运用ADAMS/Car建立了车辆虚拟样机模型,针对车辆的非线性,提出了联合模糊控制策略,设计了非线性联合模糊控制系统,采用ADAMS/Car和MATLAB/Simulink联合仿真的方法,测试了控制系统的控制效果。(3)综合考虑三轴车辆的低速和高速性能,对其进行了全轮转向最优控制研究。建立了三轴全轮转向车辆的线性二自由度模型,运用最优控制算法,设计了全轮转向线性最优控制系统。(4)考虑轮胎的非线性,对三轴车辆在极限工况下的稳定性进行了分析控制。建立了三轴全轮转向车辆的二自由度非线性整车动力模型,基于模糊控制理论,设计了全轮转向非线性模糊控制系统。通过对控制系统进行仿真验证,得出如下结论：所设计的线性控制系统可有效提高车辆在正常行驶工况下的操纵稳定性,非线性控制系统可有效防止车辆在极限转向工况下发生侧滑失稳。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-16
  1.1 课题研究背景及意义  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 四轮转向汽车控制技术国内外研究现状  11-13
    1.2.2 多轴转向汽车控制技术国内外研究现状  13-14
  1.3 本课题主要研究内容  14-16
第二章四轮转向车辆转角与横摆力矩线性联合最优控制  16-28
  2.1 四轮转向车辆转角与横摆力矩联合控制线性二自由度模型  16-17
  2.2 转角与横摆力矩联合最优控制系统设计  17-24
    2.2.1 伺服跟踪器的线性二次型最优控制原理  18-19
    2.2.2 控制策略分析与控制器设计  19-23
    2.2.3 控制系统仿真模型建立  23-24
  2.3 控制系统仿真及结果分析  24-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章四轮转向车辆转角与横摆力矩非线性联合最优控制  28-53
  3.1 使用魔术公式的非线性轮胎模型  28-31
    3.1.1 "魔术公式"简介和轮胎力的计算  29-30
    3.1.2 轮胎图形建模  30-31
  3.2 四轮转向车辆非线性整车动力学模型  31-38
    3.2.1 车辆系统动力学和运动学分析  32-34
    3.2.2 整车图形建模  34-35
    3.2.3 整车模型仿真与分析  35-38
  3.3 四轮转向车辆单独转角控制  38-42
    3.3.1 单独后轮转角控制策略分析  38-39
    3.3.2 仿真及结果分析  39-42
  3.4 转角与横摆力矩非线性联合最优控制系统设计  42-48
    3.4.1 状态调节器的线性二次型最优控制原理  42-44
    3.4.2 车辆理想模型  44-46
    3.4.3 前馈和反馈控制器设计  46-48
    3.4.4 联合控制系统仿真模型建立  48
  3.5 联合最优控制系统仿真验证  48-52
  3.6 本章小结  52-53
第四章基于联合仿真技术的四轮转向车辆模糊控制  53-77
  4.1 基于ADAMS/Car的4WS车辆整车多体系统动力学模型  53-58
    4.1.1 基于ADAMS/Car的整车建模流程  54
    4.1.24 WS车辆整车建模  54-58
  4.2 转角与横摆力矩非线性联合模糊控制系统设计  58-66
    4.2.1 模糊控制的基本原理  58-60
    4.2.2 模糊控制器设计步骤  60
    4.2.3 转角与横摆力矩联合模糊控制系统设计  60-66
  4.3 ADAMS/Car与MATLAB/Simulink联合仿真  66-76
    4.3.1 联合仿真方法概述  66-67
    4.3.2 基于ADAMS/Control的虚拟样机和控制系统联合仿真实现  67-71
    4.3.3 联合仿真及结果分析  71-76
  4.4 本章小结  76-77
第五章三轴车辆全轮转向线性最优控制  77-90
  5.1 三轴全轮转向车辆线性二自由度模型  77-78
  5.2 全轮转向线性二次型最优控制系统设计  78-85
    5.2.1 车辆理想模型  79-84
    5.2.2 前馈和反馈控制器设计  84-85
    5.2.3 控制系统仿真模型建立  85
  5.3 控制系统仿真及结果分析  85-89
    5.3.1 低速时的仿真结果  86-88
    5.3.2 高速时的仿真结果  88-89
  5.4 本章小结  89-90
第六章三轴车辆全轮转向非线性模糊控制  90-108
  6.1 三轴全轮转向车辆非线性整车动力学模型  90-98
    6.1.1 车辆系统动力学和运动学分析  91-95
    6.1.2 整车图形建模  95-96
    6.1.3 整车模型仿真与分析  96-98
  6.2 全轮转向非线性模糊控制系统设计  98-103
    6.2.1 控制策略分析  98
    6.2.2 零质心侧偏角比例前馈控制器设计  98-100
    6.2.3 质心侧偏角反馈模糊控制器设计  100-102
    6.2.4 控制系统仿真模型建立  102-103
  6.3 控制系统仿真验证  103-107
  6.4 本章小结  107-108
第七章总结与展望  108-111
  7.1 全文总结  108-110
  7.2 研究展望  110-111
参考文献  111-114
致谢  114-115
攻读硕士期间参与的项目和发表的论文  115

多轴转向车辆操纵稳定性控制策略研究

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