【摘 要】
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目前,市面上现存的汽车大多是依靠前轮来转向的,前轮转向(Front Wheel Steering,FWS)汽车,主要存在两个弊端。首先,低速行驶时,转向反应慢,转弯半径大,转向不灵活。其次,高速行驶时,操纵稳定性差,安全性能差。随着社会的快速发展,汽车已经走进千家万户,汽车数量的增加带来道路的堵塞、停车位的拥挤。现如今汽车的轴距越来越长,前轮转向汽车的缺点愈加明显,当汽车行驶在狭小的空间时,很难掉
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目前,市面上现存的汽车大多是依靠前轮来转向的,前轮转向(Front Wheel Steering,FWS)汽车,主要存在两个弊端。首先,低速行驶时,转向反应慢,转弯半径大,转向不灵活。其次,高速行驶时,操纵稳定性差,安全性能差。随着社会的快速发展,汽车已经走进千家万户,汽车数量的增加带来道路的堵塞、停车位的拥挤。现如今汽车的轴距越来越长,前轮转向汽车的缺点愈加明显,当汽车行驶在狭小的空间时,很难掉头或者转弯,容易发生剐蹭。为了有效地解决由汽车带来的一系列问题,最近几年,四轮转向(Four Wheel Steering,4WS)技术又一次进入了研究人员的视野中。配有4WS技术的汽车,低速转弯行驶或者出入停车位时,可以减小转弯半径,缩短出入停车位的路径和时间,避免剐蹭的发生;在高速行驶中,质心侧偏角接近零,增加了汽车的行驶稳定性,尤其是在高速变道行驶时,能够快速完成变道,减少了汽车发生碰撞的概率。进入21世纪,随着现代控制理论的发展,研究人员对四轮转向控制系统展开了持续不断的研究,例如:模糊控制、最优控制、自适应神经网络控制等。研究发现,不同的控制方法对汽车的质心侧偏角和横摆角速度的控制效果不同。寻找一种合适的控制策略,使质心侧偏角和横摆角速度同时保持在理想范围内,是当前的研究热点。本文首先根据汽车理论,将汽车简化为只有横向位移和横摆运动两个自由度的模型。其次,在Simulink软件中搭建二自由度理想四轮转向汽车模型、车轮制动力矩分配模型和控制策略模型;在Car Sim中建立4WS整车模型。最后,匹配Car Sim和Simulink的输入、输出接口,搭建联合仿真平台。基于同一道路状况下,设计4WS比例控制、4WS横摆角速度反馈控制和4WS比例与横摆角速度反馈联合控制三种控制策略,分别对后轮转角进行控制。对汽车进行20km/h的低速角阶跃和80km/h的高速单移线仿真实验,通过车辆轨迹、质心侧偏角和横摆角速的仿真曲线,比较了三种控制策略的优缺点。在控制后轮转角时,同时控制四个车轮的制动力,使汽车产生额外的横摆力矩。分别用PID控制和模糊控制两种控制策略来确定制动力矩的大小,基于Car Sim和Simulink搭建四轮转向比例与直接横摆力矩联合控制仿真平台,对汽车进行低速角阶跃和高速单移线实验,研究汽车的行驶稳定性。最后,分析了诸如结冰路面、雪地路面和潮湿路面等,道路摩擦系数不同的情况下。通过上述5种控制策略,研究了低速角阶跃和高速单移线实验条件下的汽车仿真曲线,最终确定了一种适用于任意路面摩擦系数的控制策略。
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