低速载货汽车驱动桥的设计-外文翻译正文

关于非线性整合控制的四轮转向装置和四轮扭矩车辆处理技术的发展Shinichiro Horiuchi!, Kazuyuki Okada!, Shinya Nohtomi谢新译摘要：这篇文章介绍的是一个四轮转向装置和四轮扭矩的整体非线性控制系统。这种持续的非线性预示的系统被应用于控制系统的设计。这种四轮转向装置和每个轮子的扭矩协调的优点通过计算机模拟显示出来。被带入到模拟中的驾驶力学叙述也被实施。模拟的结果表示在被提议的非线性控制系统中那个车辆可操作性和安全性在条件受限制的情况下得到显著改良!1999年版权归日本公司和 Elsevier科学B.V.的汽车工程协会所有。1. 介绍在车辆设计中,底盘控制系统有向复杂转变的趋势。底盘控制系统的三个主要部分是:侧部控制,垂直控制和纵观控制.这些系统是独立发展的去改善操纵,乘坐舒适性和附着摩擦/最好刹车性能来减轻驾驶的工作量。在他们之中,有效的四轮转向装置系统的提高符合车辆转向能力及前后轮转向装置的相关法规。这样的转向装置控制系统,通过车辆动力学的线模型描述,使得改善侧面的稳定和操纵性能变成可能1。然而,当轮带接近附着力和侧面受力的非线性特性的极限的时候,四轮转向系统变的不怎么有效。另一方面，在一个近的界限范围中,刹车和附着摩擦控制系统是有效的2。由于4轮转向系统和轮子转力矩控制系统的适当协调,即使当道路情况是不怎么样的时候,车辆操作的巨大进步也可以实现3。在4 WS 和direct yaw moment control(DYC)已经考虑到了。在这一项研究中,线性4WS控制器,一个独立设计的DYC 控制器已被使用。4线性模型相配理论和 LQ 控制理论被应用到整合控制系统的设计中。Yu和Moskwa5计划了一个整合的控制系统,这个理论是从使用回应线性化技术和滑模态控制理论中来的。回应线性化方式在控制浸透之前的控制决定方面遇到困难,回应线性化在一个如此情形中不容易成功。而且,系统非线性的精确知识是对控制器的需要而设计；如此强健控制系统需要实际的关心。这一章说的是非线性控制系统的一个新设计方法,即整合四轮转向系统控制和四轮转力矩控制。这个目的即控制运算法则是协调转向装置和刹车系统来改善车辆稳定和操纵性能。连续时间非线预言性控制的理论(NLPC)6,7 被用于设计那些整合控制系统。这种学说是系统的,是容易应用的,而且是明确地控制浸透。结果显示,四轮转向系统和个别的转力矩控制的优点可能显现出来。2. 车辆系统模型2.1. 车辆动力学模型 图1 平面车辆模型图1中描述的是应用于控制器设计的自由模型的7度。在这张图中, 纵观的和侧面的轮带摩擦力分别用Fxi 和 Fyi(i=1,4)来表示。纵观的和侧面的轮带摩擦力分别用Fxi 和 Fyi(i1,2,4)来表示。外部沿着车辆 x 和 y 轴受力为Fx 和 Fy ,N被假定单独地在轮带和道路之间产生的摩擦力。这一个模型的运动基本相等源自下列各项:纵观的运动: 侧部运动: 偏离运动: 在每轮子 Fzi 上的垂直负荷是空车重量和动态的重量移动以纵观的和侧面的速度联合作用力。经过车辆卷物运动产生正常的荷载产生侧面加速度的时候,经过车辆扎牢模态纵观的加速度影响正常的荷载。虽然程度和卷物运动是不包括在车辆模型中,但在常态上的他们影响轮带受力,各项解释如下: Fzf0 和 Fzr0 分别是对于前面和后车轮静态的重量,hg 是地心引力的中心高度, 和是前面的/ 后面的旋转坚硬分配, 而且是前面的/后面的旋转中心高度。 轮带- 道路交互作用的动力学是依赖的在侧面的和纵观的轮子滑动。图2中显图 2. 侧滑角图 1.平面的车辆模型和转向角度示的是侧部滑动和轮子侧滑角的定义。计算每个轮子的轮子侧滑角 bi(i=1,2,4): 当平行于垂直的车轮中心面,下面给出的的是轮子中心的速度ui:转向角度和是通过单个第一的次序动力学落后系统的转向装置引动器中得到的，和是时间常数。当 R 和 是有效的半径和轮子分别旋转的角速度的时候，纵观的轮子滑移 si 被定义。 每个轮子的运动相等,如下:是在每个轮子上的转力矩和是轮子的旋转惯性。联合上述的相等，整个非线性车辆模型,包括车辆平面运动,轮子动力学和转向装置引动器动力学,写做：表现车辆部件，和分别指的是前后车轮转向角度。上述的相等定义了一个六输入和9部分的线性车辆动力学。2.2. 轮带模型轮带模型起源于用于控制器设计单一化 Dugoff 的轮带模型 8。那单一化轮带模型写出如下: 其中和 是纵观的轮带硬度和侧部轮带硬度。图3指出的是轮带模型特性。3. 控制器设计3.1基线控制器一个崭新发展的 NLPC 理论被应用到整合的控制器设计。图 3. 侧面和纵观的轮带受力 滑动比和侧滑角的功能把s当作是部分轨道和隔板所需要的s带入关于 x1 和 x2 的 s1 和 s2。在这一项研究中，只有 x1 应该跟随那些参考轨道它是必要的。因此s=s1。为了要决定控制 u(t) 减到最少,那我们观察那些在部分发动时候发生的错误在的时候,让我们考虑下列的性能索引的减到最小限度:Q1 是主动的不明确模型，R是主动明确的,用以适当的尺寸。 使用膨胀系数和 能被估计出来。依下显示：当把(23)代入(22),我们有一个关于u 参数最佳化问题。最佳化必需条件是,结果：3.2.在控制之后的模型 最初的 NLPC 理论发展到设计在被预定的部分轨道受约束的系统追踪控制器。这一个理论被延续到提供给一个模型结构控制。在这一个结构中,被要求的零件轨道在表现在现在驾驶方向盘角输入而且刹车输入的参考模型中产生。向前地刹车输入和需要速度之间关系，如下：被需要的偏移率被定义在一个驾驶员转动方向盘角度输入和车辆速度的功能基础上。是参考模型的增益,A是稳定因素和是转向连杆的齿轮比。需要的侧面速度 vm 定义出来以便于侧滑车辆的角相等对准零位。 因此, .4.模拟结果4.1.模拟情况连续的计算机模拟被用以检测提议的非线性控制系统的性能。为了要清楚的叙述整合的控制效果, 后车轮的有效转向装置车辆 (4 WS)的模拟也被实行。4 WS 后车轮的转向角 被控制如前轮的转向角和在下列的控制条例的偏移率。这一辆 4 WS 车辆的偏移率增益和平常 2 WS 车辆16的转向齿轮比相平衡。4.2.步骤回应图 4 中显示的是与那些4 WS相较，在干燥路面上-0.4 G 的刹车的短暂反应。整合的控制效果清楚地在图形中示范。4 WS 的反应容易很快地变得不稳定。另一方面,整合控制的车辆表示一个在一种服务调动的情况中稳定的回应。为了要比较整合控制的效果,在合量轮带受力和可得轮带受力的最大值的比来计算定义性能尺寸。对性能的衡量,轮带的工作量，gi,是，图 5为步骤回应的轮带工作量。如图形中显示，一辆整合控制的车表示的是和一辆普通4 WS车辆想比较，有较低的轮带工作量。 图 5. 轮带工作量4.3.道路条件的强烈变化 其他的模拟实行来评估整合控制系统对道路情况的强健变化。在这些模拟方面, 在轮带和道路理论磨擦系数等于0.8 , 然而真实的磨擦系数是0.7到0.6。图 6 中显示的是在-0.4 G 刹车时正弦曲线转向装置输入反应。如这一个图形显示,对道路的变化情况，整合控制车辆与 4 WS 车辆相较是比较不敏感的。4.4.在k分离系数条件下的刹车在这一个模拟方面，在 1 到 3 s 和 0 剩余时间的阶段，需要的减速是 0.5 G。在二个右轮带和道路之间的磨擦系数是0.8, 在二个轮带和道路之间是 0.2. 磨擦系数在所有的轮带控制器设计中，假定是 0.8 。结果在图 7 中显示。与一辆 4 WS 车辆的情形比较,整合控制车辆在藉由转力矩控制适用于四个轮子车辆稳定方面有发展。4.5.驾驶- 车辆的系统稳定两倍小模拟进气在从100公里/ h，以-0.4 G刹车减速，在一个关闭循环驾驶车辆系统上被实行，来调查整合控制的效果。在下列相等中描述的简单事先查看驾驶模型，被用于这些模拟。符号表示驾驶的增益，表示以计量器计量来自被需要的路径侧面在车辆之前米的偏离。我们决定最佳的叁数和，在下列的性能索引 Je减到最少的时候 :符号表示来自被需要的路径侧面的偏离。数字式的最佳化技术被用来减到最小限度。图 8 演示模拟的结果。虽然驾驶的叁数 G$ 和 ? 被选择到减到最少Eq.（37），一辆 4 WS 车辆不能完成小变化行动。另一方面,整合控制车