線控前輪轉(zhuǎn)向控制策略及其容錯研究.pdf

1、線控轉(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,由于取消了轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的機(jī)械連接,系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向傳動比可自由設(shè)計,因此通過合理匹配可以得到良好的轉(zhuǎn)向性能。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠在駕駛員輸入轉(zhuǎn)向角的基礎(chǔ)上疊加一個附加轉(zhuǎn)向角,優(yōu)化車輛對駕駛員輸入的響應(yīng)或提高車輛在緊急情況下的穩(wěn)定性。這些優(yōu)點使線控轉(zhuǎn)向成為未來電動汽車、氫能源汽車以及智能車的必不可少的組成部分。所以線控轉(zhuǎn)向近年來成為國內(nèi)外研究的焦點之一

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

3、及故障診斷和容錯控制系統(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,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輛動力學(xué)模型。
　?、陉U述了傳動機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)固定傳動比以及機(jī)械式可變傳動比的缺點,由此引入了理想傳動比的概念,設(shè)計了保證汽車橫擺角速度相對方向盤轉(zhuǎn)角增益不變的理想傳動比。為了消除理想傳動比的局限性,本文綜合考慮車速和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角兩個因素的影響,采用模糊控制理論設(shè)計了線控轉(zhuǎn)向可變傳動

4、比。最后選取蛇形工況和雙紐線工況,對所建立的線控轉(zhuǎn)向變傳動比控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。
　?、劢⒘硕杂啥葐诬壾囕v模型,在二自由度單軌車輛模型的基礎(chǔ)上,以車輛的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角為設(shè)計變量,完成了二次最優(yōu)控制器(LQR)的設(shè)計。為驗證主動前輪轉(zhuǎn)向(AFS)控制器控制效果,進(jìn)行轉(zhuǎn)向盤轉(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,將沒有前輪轉(zhuǎn)向控制的車輛的仿真值、LQR主動轉(zhuǎn)向車輛仿真值以及參考值進(jìn)行比較分析。
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