四輪轉向車輛操縱魯棒控制及其快速開發(fā)試驗平臺研究.pdf

1、汽車操縱穩(wěn)定性主動控制是目前國際上汽車技術研究的熱點之一。隨著高速公路的發(fā)展，車輛高速化，車流密集化，使得交通事故呈現上升趨勢。同時人們對車輛的平順性和舒適性要求也越來越高，因此對汽車操縱穩(wěn)定性控制的研究顯得更加迫切和重要。汽車操縱穩(wěn)定性中的四輪轉向(4WS)控制技術能顯著提高高速時車輛操縱穩(wěn)定性及低速時的操縱靈活性，是實現主動安全性的先進方法，可成為改善汽車操縱穩(wěn)定性的有效手段之一。 由于車輛行駛環(huán)境的多變性導致控制建模中未建

2、模不確定性的存在，高魯棒性的4WS控制算法有重要意義，論文著重就此進行了深入研究。研究工作通過動力學模型理論分析，數字仿真，原型控制器硬件在環(huán)仿真，以及實際改裝的四輪轉向主動控制轎車的試驗測試和對比分析，主要獲得了以下創(chuàng)新性成果： 1．考慮在實際中車輛受到不確定情形的外擾及車輛質心側偏角和側傾角難以直接測量，建立四輪轉向車輛控制系統(tǒng)動力學模型，提出一種基于降階觀測器的前輪和四輪轉向車輛擾動操縱控制策略，應用最優(yōu)控制理論設計反饋控

3、制系統(tǒng)，進行高速動態(tài)仿真。結果表明該降階觀測器跟蹤性能良好、速度快且估計誤差?。幌到y(tǒng)具有良好的動態(tài)特性和魯棒性，4WS車輛更能有效地提高車輛擾動操縱穩(wěn)定性和安全性。 2.實際汽車行駛總承擔不同載荷以及運行狀態(tài)(如速度)變化，以橫擺角速度跟蹤反饋為控制邏輯，設計μ綜合魯棒控制器來抑制外部干擾，優(yōu)化權函數，實現了傳統(tǒng)四輪轉向車輛控制器難以達到的性能指標。仿真表明，所設計的4WS汽車μ綜合魯棒控制器不僅可使其具有良好操縱性能魯棒性和穩(wěn)

4、定魯棒性，對外界干擾具有很好的抑制性能且不敏感于車輛參數變化，也改善了以往風控制器設計偏于保守的問題。 3．為提高車輛的抗側傾性能及降低高速下的側翻危險性，應用μ綜合魯棒控制理論，針對四輪轉向車輛，以橫擺角速度跟蹤和側傾角速度反饋為控制邏輯，合理選擇加權函數，設計魯棒控制器和最優(yōu)控制器抑制車輛側傾；經仿真比較，設計的μ綜合魯棒控制器更具有良好操縱性能魯棒性和穩(wěn)定魯棒性，對于輪胎側偏剛度等引起的側向干擾具有很好的抑制性能，實現傳統(tǒng)

5、四輪轉向難以實現的主動側傾操縱控制和跟蹤性能。 4．建立四輪轉向與直接橫擺力矩的廣義四輪轉向動力學模型，因在理論上μ綜合控制是具有強路況或載重量的變化等。采用結構奇異值μ理論，設計魯棒控制器，通過引入虛構的不確定塊，將性能魯棒控制問題轉化為廣義系統(tǒng)的穩(wěn)定魯棒性問題求解，兼顧了系統(tǒng)的穩(wěn)定魯棒性和性能魯棒性。采用J-turn和Fishhook兩種操縱方式在三種不同的路面(干路面，濕路面，冰雪路面)工況下仿真研究驗證控制器的魯棒性。

6、 5．基于Matlab/Simulink/dSPACE開發(fā)了4WS車輛控制系統(tǒng)的HILs快速開發(fā)平臺。以橫擺角速度反饋為4WS車輛基本控制邏輯，將系統(tǒng)中關鍵硬件與復雜的仿真模型集成，進行各種測試和性能評估。在此平臺的基礎上，利用HILs技術實現了各控制算法魯棒性能的評價，結果表明基于μ綜合魯棒控制方法有較好的綜合性能。因此設計開發(fā)的4WS硬件在環(huán)仿真開發(fā)平臺為先進控制算法的分析與設計、開發(fā)和評價及ECU的開發(fā)提供理論指導和技術支持

7、，也為各種控制算法和策略的探索性研究提供了物質條件。 6．建立含時滯的四輪轉向動力學模型，應用多項式判別理論，系統(tǒng)地研究時滯四輪轉向動力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。采用CACSD(計算機輔助控制系統(tǒng)設計)系統(tǒng)的μ綜合控制器的原型電子控制單元的硬件在環(huán)仿真平臺，成功開發(fā)了加載先進轉向控制算法的基于高性能DSP芯片的4WS轉向控制器原型。該控制器原型在執(zhí)行硬件在環(huán)下進行了實際運行，證明了所用算法的有效和優(yōu)勢。 7．研究先進4WS車輛底

8、盤系統(tǒng)的設計、試制及開發(fā)核心的魯棒控制算法的軟硬件開發(fā)及開發(fā)平臺的成套技術。設計開發(fā)4WS底盤系統(tǒng)及后輪轉向控制線傳操縱直線步進電動轉向機構，成功改裝國內第一輛四輪主動轉向控制轎車，并對論文提出的高魯棒性控制算法進行實車試驗驗證。根據國標OC/T 480-1999《汽車操縱穩(wěn)定性指標限值與評價方法》規(guī)定的試驗方法，選取了兩種客觀評價試驗：方向盤角階躍輸入下的瞬態(tài)響應(轉向瞬態(tài)響應試驗)、蛇行試驗。試驗結果證明改裝的四輪轉向優(yōu)于原來的前輪