四轮转向车辆状态观测器设计与稳定性仿真分析

摘要

伴随当今道路交通系统和车辆制造水平的提高和发展，车辆驾驶的平均速度逐渐增大，高速驾驶的安全问题日渐突出。根据调查分析:在高速行驶下发生的交通事故由车辆转向稳定性问题引起的事故量所占的比例有较大的增长势头。 首先本文在U.Kiencke，L.Nielsen等提出的双轨车辆动态模型基础上对4WS型车进行非线性建模研究;在限定的时间范围内，恒定的质心速度和小的侧滑角条件下，可以忽略俯仰和风力，并假设左右侧轮胎转向角相同，将上述非线性双轨车辆模型转换为本文所采用的线性单轨模型。 然后在此单轨模型基础上建立了以横摆角速度为反馈信号的4WS反馈控制系统，并在Matlab/Simulink环境下进行仿真分析，考证了4WS反馈控制系统的稳定性能和操纵性能，基本可以实现4WS的稳定控制。再在此模型基础上建立了以前轮转向角为最优控制量的4WS最优控制系统，并分析了其能控性和能观性，同样在Matlab/Simulink环境下进行仿真分析，考证4WS最优控制系统的稳定性和操纵性能，其控制性能明显优于反馈控制。 但是，上述两种控制方法虽然都达到了很好地控制效果，但是其均忽略了真实应用时可能存在的外界干扰和模型的不确定因素和忽略了的因素，因此要想达到实际使用中的抗干扰性能，就必须考虑干扰的存在，而这些量是不易于传感器测量的，于是本文设计了一个基于横摆力矩控制的滑模干扰观测器来实现对等效外界干扰的估计。通过这个估计值，基本可以还原实际情况。 最后，在MATLAB中的用M脚本文件编写了仿真程序，在不同路面摩擦系数和不同车速下验证观测器的跟踪效果。并分析了仿真结果，验证了上述观测器的的可行性.

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1四轮转向的研究意义

1．2四轮转向控制系统的研究现状

1．2．1比例控制的发展阶段

1．2．2自适应控制发展阶段

1．2．3智能控制发展阶段

1．2．4最优控制发展阶段

1．2．5滑模变结构控制发展阶段

1．3滑模变结构控制系统的抖振问题

1．4干扰观测器方法

1．5本文的研究思路与内容

第2章车辆动力学模型的建立

2．1建立车辆模型的基本方法

2．1．1集中质量

2．1．2车辆坐标系

2．2本文车辆建模选用方法及坐标系

2．2．1方法

2．2．2坐标系

2．3轮胎模型

2．4附着系数计算

2．5整车模型

2．5．1简化的双轨模型

2．5．2简化的线性单轨模型

第3章基于两种控制方法的稳定性仿真分析

3．1操纵稳定性分析

3．1．1汽车稳定性评价方法

3．2基于横摆角速度反馈控制的稳定，I生仿真仿真分析

3．2．1传递函数的确定

3．2．2横摆角速度反馈控制的控制方法

3．2．3基于Matlab／Simulink仿真分析

3．3基于最优控制的稳定性仿真分析

3．3．1最优控制的四轮转向系统模型

3．3．2能控性和能观性分析

3．3．3基于Matlab的仿真

第4章滑模横摆力矩干扰观测器设计

4．1本文所选滑模控制方式的依据

4．1．1切换方式与控制律

4．1．2等价控制输入

4．2状态观测器的存在条件

4．3车辆参考模型

4．3．1输入增益计算

4．3．2参考动态的限制

4．4干扰观测器设计

4．4．1系统描述

4．4．2滑模控制实现

第5章基于滑膜干扰观测器的稳定性仿真分析

5．1仿真方法与过程

5．2低速下的系统仿真

5．2．1干路面下的仿真结果

5．2．2积雪路面下的仿真结果

5．3高速下的系统仿真

5．3．1干路面下的仿真结果

5．3．2积雪路面下的仿真结果

第6章结论与展望

6．1全文总结

6．2未来展望

参考文献

致谢