線(xiàn)控前輪轉(zhuǎn)向控制策略及其容錯(cuò)研究.pdf

1、線(xiàn)控轉(zhuǎn)向(Steer by Wire,SBW)系統(tǒng)采用電子手段代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)傳遞信號(hào),由于取消了轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向車(chē)輪之間的機(jī)械連接,系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)比可自由設(shè)計(jì),因此通過(guò)合理匹配可以得到良好的轉(zhuǎn)向性能。線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠在駕駛員輸入轉(zhuǎn)向角的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)附加轉(zhuǎn)向角,優(yōu)化車(chē)輛對(duì)駕駛員輸入的響應(yīng)或提高車(chē)輛在緊急情況下的穩(wěn)定性。這些優(yōu)點(diǎn)使線(xiàn)控轉(zhuǎn)向成為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)、氫能源汽車(chē)以及智能車(chē)的必不可少的組成部分。所以線(xiàn)控轉(zhuǎn)向近年來(lái)成為國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)之一

2、。本文根據(jù)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)和原理,建立了車(chē)輛模型;針對(duì)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)“輕”與“靈”的矛盾問(wèn)題,采用模糊控制理論設(shè)計(jì)了線(xiàn)控轉(zhuǎn)向可變傳動(dòng)比;為提高車(chē)輛的行駛穩(wěn)定性,采用二次線(xiàn)性最優(yōu)控制理論設(shè)計(jì)了前輪主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器;針對(duì)線(xiàn)控轉(zhuǎn)向的安全性問(wèn)題,采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器和殘差理論建立了線(xiàn)控轉(zhuǎn)向傳感器容錯(cuò)系統(tǒng)。具體工作包括以下幾個(gè)方面:
　?、俳榻B了線(xiàn)控轉(zhuǎn)向的基本結(jié)構(gòu)和原理,線(xiàn)控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由方向盤(pán)模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器(ECU)模塊三個(gè)主要部分以

3、及故障診斷和容錯(cuò)控制系統(tǒng)、電源等輔助系統(tǒng)組成。魔術(shù)公式輪胎模型統(tǒng)一性強(qiáng),能描述輪胎所有穩(wěn)態(tài)力學(xué)特性,建立了魔術(shù)公式輪胎模型,并在此基礎(chǔ)上建立了用于仿真的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型。
　?、陉U述了傳動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固定傳動(dòng)比以及機(jī)械式可變傳動(dòng)比的缺點(diǎn),由此引入了理想傳動(dòng)比的概念,設(shè)計(jì)了保證汽車(chē)橫擺角速度相對(duì)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角增益不變的理想傳動(dòng)比。為了消除理想傳動(dòng)比的局限性,本文綜合考慮車(chē)速和轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角兩個(gè)因素的影響,采用模糊控制理論設(shè)計(jì)了線(xiàn)控轉(zhuǎn)向可變傳動(dòng)

4、比。最后選取蛇形工況和雙紐線(xiàn)工況,對(duì)所建立的線(xiàn)控轉(zhuǎn)向變傳動(dòng)比控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。
　　③建立了二自由度單軌車(chē)輛模型,在二自由度單軌車(chē)輛模型的基礎(chǔ)上,以車(chē)輛的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角為設(shè)計(jì)變量,完成了二次最優(yōu)控制器(LQR)的設(shè)計(jì)。為驗(yàn)證主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向(AFS)控制器控制效果,進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角輸入、側(cè)向風(fēng)干擾兩種工況的操縱穩(wěn)定性進(jìn)行分析,將沒(méi)有前輪轉(zhuǎn)向控制的車(chē)輛的仿真值、LQR主動(dòng)轉(zhuǎn)向車(chē)輛仿真值以及參考值進(jìn)行比較分析。
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