汽车线控四轮转向分层控制方法研究

摘要

随着交通道路系统的日益完善，人们生活水平的日益提高，汽车已成为人们生活中不可或缺的重要代步工具。汽车转向系统是汽车控制中的关键组成部分，对车辆能否安全、稳定地行驶有着至关重要的作用。因此，对转向系统的研究有着重大的科研与实用价值。线控转向取消了转向盘和转向轮之间的机械连接，取而代之的是电子信号的传输，这从根本上解决了传统机械转向高低速转向特性差异较大的问题;四轮转向通过前后轮协调转向，也能够显著改善前轮转向特性。所以，本文选择线控四轮转向作为研究对象，对其控制方法进行研究具有重要的实际意义。
　　 本文首先介绍了线控四轮转向系统的基本结构、工作原理以及对转向系统的基本控制要求，在此基础上，给出了本文的线控四轮转向分层控制方法（上层转角控制和下层转向执行模块控制）。然后利用车辆动力学知识，建立了转向盘模块、转向执行模块和二自由度整车数学模型。
　　 最后，根据上层控制和下层控制的不同特点，本文设计了不同的控制方式。对于上层控制，本文采用能够同时考虑车速与转向盘转角双重因素，基于模糊控制的理想传动比控制方式来对前轮转角进行控制，采用基于前轮转角前馈与横摆角速度反馈的综合控制方式来对后轮转角进行控制。对于下层控制，本文采用基于分数阶微积分的分数阶pIλDμ控制器来对汽车的转向模块进行控制。本文利用Matlab中的Simulink仿真工具，对所设计的控制方法验证，仿真结果表明本文所设计的控制方式是合理的、有效的。
　　 本文研究有诸多亮点:本文将分层控制的思想用于线控四轮转向控制中，能充分发挥分层控制的优势，提高控制性能;本文所设计的基于模糊控制的理想传动控制方式，能同时考虑车速和转向盘的转角的影响因素，比传统的理想传动比控制方式更简单、更有效;本文采用新型分数阶PIλDμ控制器，其控制效果较传统PID控制器要好得多。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 线控四轮转向系统介绍

1．3 线控四轮转向系统国内外研究现状

1．3．1 线控转向系统国内外研究现状

1．3．2 四轮转向系统国内外研究现状

1．4 线控四轮转向系统的性能特点

1．5 线控四轮转向系统的关键技术

1．6 本文研究的主要内容

2 线控四轮转向系统分层控制方法研究

2．1 线控四轮转向系统的结构

2．2 线控四轮转向系统的工作原理

2．3 线控四轮转向系统的控制要求

2．4 线控四轮转向系统分层控制方法研究

2．5 本章小结

3 线控四轮转向系统模型建立

3．1 转向盘模块模型建立

3．1．1 转向盘组件模型

3．1．2 路感模拟电机模型

3．2 转向执行模块模型建立

3．2．1 转向执行电机模型

3．2．2 转向轮模块模型

3．2．3 车轮转向阻力矩模型

3．2．4 转向执行机构传递函数

3．3 整车模型建立

3．3．1 轮胎侧偏特性介绍

3．3．2 车辆坐标系介绍

3．3．3 二自由度整车模型

3．4 本章小结

4 线控四轮转向系统转角控制策略研究

4．1 前轮转角控制策略研究

4．1．1 传统转向系统分析

4．1．2 理想传动比理论分析

4．1．3 前轮转角控制方法研究

4．2 后轮转角控制策略研究

4．2．1 四轮转向系统转向特性分析

4．2．2 常见的后轮转角控制方法分析

4．2．3 后轮转角控制方法设计

4．2．4 后轮转角控制仿真分析

4．3 本章小结

5 基于分数阶PID的转向执行模块控制策略研究

5．1 分数阶控制理论分析

5．1．1 分数阶微积分定义

5．1．2 分数阶PID控制器分析

5．1．3 控制器参数对系统性能的影响分析

5．1．4 分数阶PID控制器的参数整定分析

5．1．5 分数阶PID控制器的数字实现

5．2 基于分数阶PID的转向控制器设计

5．2．1 分数阶PID的转向控制器参数整定

5．2．2 分数阶PID转向控制器的实现

5．2．3 基于分数阶PID的转向模块控制系统仿真分析

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文研究成果

6．2 本文创新点

6．3 研究工作展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果