汽車四輪轉(zhuǎn)向和主動(dòng)懸架的綜合控制研究.pdf

1、隨著人們對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性、安全性、乘坐舒適性等性能要求的提高，決定這些性能的兩個(gè)主要的系統(tǒng)——轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)也取得了很大的發(fā)展，如近幾十年出現(xiàn)的四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、主動(dòng)懸架系統(tǒng)等。許多研究表明，汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架系統(tǒng)之間存在強(qiáng)耦合，彼此互相影響。對(duì)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)的單獨(dú)控制在理論上忽視其它子系統(tǒng)的存在，也忽視對(duì)其它系統(tǒng)性能目標(biāo)的影響，其效果并不是兩個(gè)子系統(tǒng)單獨(dú)控制效果的簡(jiǎn)單疊加，往往會(huì)出現(xiàn)控制效果的相互削弱，有必要進(jìn)行兩個(gè)子系統(tǒng)的

2、綜合控制。針對(duì)該領(lǐng)域研究存在的耦合機(jī)理不清晰、協(xié)調(diào)機(jī)制不健全等關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展研究，發(fā)展出一種四輪轉(zhuǎn)向和主動(dòng)懸架的綜合控制新方法，對(duì)提高車輛的綜合性能具有重要意義。
　　 本文建立了包含四輪轉(zhuǎn)向和主動(dòng)懸架的整車統(tǒng)一動(dòng)力學(xué)模型，模型包括了懸掛質(zhì)量的側(cè)向、橫擺、垂直跳動(dòng)、俯仰、側(cè)傾和非懸掛質(zhì)量的垂直跳動(dòng)，共9個(gè)自由度。采用了能夠反映輪胎非線性特性和側(cè)向垂向耦合特性的側(cè)向力半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?duì)車輛動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。在整車9自由度模型的基

3、礎(chǔ)上進(jìn)一步簡(jiǎn)化，分別建立了2自由度四輪轉(zhuǎn)向模型和7自由度主動(dòng)懸架模型，并分別設(shè)計(jì)了四輪轉(zhuǎn)向和主動(dòng)懸架最優(yōu)控制器。建立了四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真平臺(tái)，采用步進(jìn)電機(jī)作為后輪轉(zhuǎn)向的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，分別安裝了兩個(gè)角位移傳感器檢測(cè)前后輪轉(zhuǎn)角。進(jìn)行了四輪轉(zhuǎn)向硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，后輪轉(zhuǎn)向的響應(yīng)滯后時(shí)間小于30ms，對(duì)車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)響應(yīng)的影響很小，在四輪轉(zhuǎn)向的控制算法中可以不用考慮。
　　 通過(guò)靈敏度分析，研究了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)的耦合關(guān)系。

4、由于簧上質(zhì)量的耦合作用，車輛轉(zhuǎn)向時(shí)簧上質(zhì)量的離心力引起車身側(cè)傾角和內(nèi)外側(cè)車輪垂直載荷的變化。一方面，由于懸架導(dǎo)向系的耦合作用，車身側(cè)傾引起車輪側(cè)傾轉(zhuǎn)向和車輪外傾，影響車輛穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性；另一方面，由于輪胎側(cè)向垂向耦合特性，內(nèi)外側(cè)車輪垂直載荷發(fā)生變化，導(dǎo)致前軸或后軸等效側(cè)偏剛度減小，影響車輛轉(zhuǎn)向特性。
　　 通過(guò)主動(dòng)懸架的控制，轉(zhuǎn)向時(shí)車身側(cè)傾角明顯減小，車輪側(cè)傾轉(zhuǎn)向和車輪外傾產(chǎn)生的側(cè)向力也明顯減小，車輛的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性改變?？紤]輪胎側(cè)

5、向垂向耦合特性，研究了四輪轉(zhuǎn)向和主動(dòng)懸架控制對(duì)車輛轉(zhuǎn)向性能的影響。
　　 提出了一種基于車身姿態(tài)控制的四輪轉(zhuǎn)向和主動(dòng)懸架的協(xié)調(diào)控制策略。在引入主動(dòng)懸架控制的同時(shí)，引入四輪轉(zhuǎn)向的控制，并且對(duì)四輪轉(zhuǎn)向的控制量進(jìn)行調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于前后懸架剛度匹配的協(xié)調(diào)控制策略，得到二者綜合的協(xié)調(diào)控制策略。根據(jù)車輛橫擺角速度響應(yīng)與參考值的偏差，對(duì)主動(dòng)懸架的控制量進(jìn)行調(diào)整。
　　 通過(guò)方向盤角階躍輸入仿真，研究了采用不同控制系統(tǒng)時(shí)