基于滑模控制的线控转向系统稳定性研究

摘要

传统转向系发展到今天已相当成熟，但因传统转向系的传动比为一定值，其转向特性会因车速的改变而发生变化，驾驶者须具备在极短时间内进行一定的操作补偿的能力，这在很大程度上影响了汽车的操纵稳定性、安全性和驾驶舒适性。而线控转向是近些年出现的新型转向系，其特点是取消了方向盘与前轮之间的机械连接，这样就为设计转向系的工作特性提供了广阔的空间，可按需要任意设计传动比等各种参数，从而提高车辆行驶稳定性。本文主要作了如下一些工作：
　　建立了线控转向系统的数学模型和仿真模型。在此基础上，分别对采用理想传动比与固定传动比的转向系进行了对比仿真分析，结果表明：采用理想传动比能够提高整车操纵稳定性，改善驾驶特性。
　　线控转向系统存在着非线性、时变性等不确定性因素，尤其是要求能抵抗侧向风、横摆力矩等干扰因素在汽车转向时对车辆的影响。传统控制方法一般很难获得满意的控制效果。本文采用的滑模控制可有效处理系统的不确定性，实现强鲁棒和高精度控制。在给定仿真条件下进行了系统对比验证，结果表明，所设计的滑模控制线控转向系统，能实现车辆在不同车速、不同附着系数路面上行驶时，将转向轮横摆角速度和车辆质心侧偏角等控制在一定的范围内，让其实际横摆角速度能较好地跟踪所设计的理想期望值，这样能明显提高汽车的操纵稳定性，减轻驾驶员负担，显示了滑模控制具有明显的优越性。
　　鉴于线控转向系统的路感对于行驶稳定性有重要的影响，建立了转向盘回正力矩的数学模型并进行了相关仿真分析。结果表明，采用本文建立的数学模型可以满足驾驶者转向时对方向盘路感的要求，并有效地提高汽车转向时的操纵稳定性。

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第一章 绪 论

1.1汽车转向系统综述

1.2线控转向系统组成及基本工作原理

1.3线控转向系统的关键技术

1.4线控转向系统的发展和趋势

1.5本文主要研究内容

第二章 线控转向系统建模

2.1降阶建模思想与结构简化模型

2.2 线控转向系统数学模型

2.3 线控转向系统的仿真模型

2.4本章小结

第三章 理想传动比下的转向稳定性分析

3.1 理想传动比数学模型

3.2仿真及结果分析

3.3 本章小结

第四章 线控转向系统稳定性控制策略研究

4.1 汽车状态变量与操纵稳定性的关系

4.2 SBW横摆角速度反馈控制分析

4.3 横摆角速度反馈控制仿真与分析

4.4滑模控制理论

4.5线控转向系统的滑模控制

4.6 SBW滑模控制仿真结果及分析

4.7 本章小结

第五章 线控转向系统转向盘回正力矩与稳定性研究

5.1 转向盘回正力矩的产生

5.2 转向盘回正力矩的计算

5.3 线控转向系统转向盘力及角输入的评价

5.4 线控转向系统转向盘回正力矩仿真结果分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

硕士期间参加的课题及论文发表情况