文档包括:
说明书一份。65页。22600字左右。
任务书一份。
开题报告一份。
计划周记进度检查表一份。
毕 业 设 计论 文 任 务 书
一、题目及专题：
1、题目 基于横摆率反馈的四轮转向系统的仿真研究
2、专题
二、课题来源及选题依据
本课题来源于实际应用，随着越来越多的汽车走进千家万户，交通事故频繁发生，汽车的安全性越来越受到人们的关注，与汽车安全性密切相关的汽车操纵稳定性由此成为人们关注的焦点汽车转向系统的好坏对汽车的操纵稳定性有着直接的影响，如何设计高效的转向系统是汽车设计中的一个重要环节，也是汽车安全性的一大研究主题传统的前轮转向系统由于存在低速转向时转弯半径大!机动性差，高速转向时操纵稳定性不好等缺点越来越不能满足人们对汽车性能的要求"随着对汽车动力学的深入研究，人们开始认识到，四轮转向系统可以有效地提高汽车低速转向时的机动性及高速转向时的操纵稳定性，因此四轮转向系统在沉寂了多年之后目前又成为底盘控制技术的研究热点。
三、本设计（论文或其他）应达到的要求：
① 熟悉4WS技术的发展历程，特别是近十年来的发展；
② 熟练掌握4WS汽车动力学的原理以及其模型建立的分析；
③ 熟练掌握前轮转角前馈汽车的研究的传递函数的推导以及动态、稳态。瞬态分析；
④ 掌握前轮转向角比例反馈加横摆角速度比例反馈的4WS系统模型分析；
⑤ 能够熟练使用MATLAB仿真。针对三幅典型的灰度图像，对4WS系统进行编码，用客观标准和主观标准综合评价重建图像的质量；
⑥ 熟练使用MATLAB提供的图形用户界面Simulink工具 ；
摘 要
车辆的四轮转向作为提高车辆操纵稳定性的有效手段已得到广泛认可，许多新的有关四轮转向的观点被不断提出，运用4WS技术可以有效地减小低速行驶时车辆的转弯半径，使车辆在低速行驶时更加灵活。另外，该技术还可以改善车辆在高速行驶时横摆角速度和侧向加速度等瞬态响应指标，提高高速行驶时的操纵稳定性，从而提高车辆的主动安全性。
随着对汽车动力学的深入研究，人们开始认识到，四轮转向系统可以有效地提高汽车低速转向时的机动性及高速转向时的操纵稳定性，因此四轮转向系统在沉寂了多年之后目前又成为底盘控制技术的研究热点。
本文根据牛顿矢量力学体系的动量定理、动量矩定理及牛顿第二定律，推导出二自由度四轮转向汽车动力学模型，以二自由度四轮转向动力学模型为例，对两种经典的四轮转向控制方法进行研究，仿真结果表明这两种控制方法均在一定程度上改善了汽车低速时的机动性及中高速时的操纵稳定性。
关键词：汽车；四轮转向；操纵稳定性；仿真分析
Abstract
The concept of 4WS can improve handing stability which has been accepted widely.Many theories and technologies have been advanced nowadays.The 4WS Call reduce turning radius and increase mobility in low speed.Also 4WS can improve transient respone of yawing rate in high speed and hip speed handing stability.In this way，4WS can get better active safety.
As the thorough researeh onear dynamies,PeoP leare beginning to realize that four- wheelsteering system can effectively improve them obility of car when low-speed steering and the manipulation stability When high-speed steering,therefore,four-wheel steering system now has beeome chassis control technology researeh hotspot againafter silence for many years.
According to momentum theorem and moment of momentum theorem of Newton vector mechanies system,and Newton,5secondlaw,this Paper deduee two degrees four-wheel steering dynamics model.
Key words:Car; Four-Wheelsteering;ManiPulationstability;Simulationanalysis
目 录
摘 要 III
Abstract IV
目 录 V
1 绪论 1
1.1 四轮转向汽车的发展历史及国内外研究概况 1
1.1.1发展历史 1
1.1.2 国内外状况 2
1.2本章研究的背景和意义......................................................3
1.3 四轮转向系统控制方法简介 5
1.4 本课题研究内容 7
2 四轮转向车辆的侧向动力学模型 9
2.1 轮胎模型 9
2.1.1 Fiala 轮胎模型 9
2.1.2 G.Gim 轮胎模型 10
2.1.3 Pacejka的“魔术公式 11
2.1.4 郭孔辉的轮胎稳态指数统一模型 12
2.2 4 WS模型车辆动力学分析 13
2.2.1 三自由度汽车的动力学模型 13
2.2.2 二自由度汽车的动力学模型 15
2.3 本章小结 20
3 四轮转向系统不同控制方法的建模 21
3.1 前后轮转角定比例控制的4WS模型 21
3.1.1 前后轮定比例控制的方法研究 21
3.1.2 钱后轮转角定比例4WS系统动力学模型 22
3.2 加入横摆率反馈控制的4WS模型的建立 24
3.2.1横摆率反馈的控制方法研究 24
3.2.2 横摆率反馈的动力学模型...................................................25
3.2.3 横摆率反馈的4WS汽车的动态响应特性 27
3.2.4 基于传递函数的横摆率反馈的4WS汽车控制 29
3.3 本章小结 30
4 二自由度4WS控制仿真分析 31
4.1 仿真环境 31
4.2 二轮转向与前轮转角比例前馈控制的转向系统的仿真分析 31
4.2.1 仿真所用的参数 31
4.2.2 时域特性仿真 32
4.3 加横摆角速度比例反馈的4WS系统汽车控制 35
4.4 定比例反馈4WS系统与加横摆角速度比例反馈的4WS系统比较 39
4.5 加横摆率反馈控制的4WS车辆的参数研究 41
4.6 本章小结 44
5 结论和展望 45
5.1 结论 45
5.2 展望 45
致 谢 47
参考文献 48
附 录 49
课题来源
实际应用
科学依据
（1）课题科学意义
四轮转向(Four-wheel steering, 4WS)作为一种有效改善车辆操纵性能的技术，近期在高档车中应用正受到更多重视，有在中低档车上应用的趋势。使用4WS 技术的主要目的有：①减少车辆质心侧偏角β；②减少车辆横摆率与车辆横向加速度之间的相差；③增加轮胎横向力的裕度，使其远离饱和状态。从驾驶的观点看，4WS车辆低速时有较小的转弯半径，这增强了车辆的低速性能，如更加灵活或和方便于泊车；高速时4WS 车辆由于由较小的β角和相差，高速变道将更加平滑，操纵控制更容易，乘客感觉更加舒适；高速紧急避让时，车体较少甩尾，减少了车体扫过的包线面积，从而减少了碰撞的可能性。
（2）四轮转向的研究状况及其发展前景
国内外主要研究的方法中主要有如下：定前后轮转向比四轮转向系统;前后轮转向比是车速函数的四轮转向系统;具有一阶滞后的四轮转向系统;前后轮转向比是前轮转角函数的四轮转向系统;具有反相特性的四轮转向系统;前轮转向角比例前馈加横摆角速度比例反馈;具有自学习、自适应能力的四轮转向系统。国内方面主要侧重于对于二自由度的研究，目前还处于理论阶段。国外学者开始将现代控制理论与智能控制理论应用于四轮转向汽车。
经过不断的研究，目前已有许多研究成果，对于其发展前景如下：
(1)四轮转向汽车将出现新型的后轮转向执行机构和后轮转向传动机构，这样可以提高转向时的操纵轻便性、灵活性和转向角度的准确性。
(2)高性能、高精度、高灵敏度的传感器的应用于4WS系统，以便于正确地检测汽车的运动信号。
(3)更加深入的研究转向过程中轮胎的瞬态特性
( 4)将先进的控制理论与控制方法应用于4WS控制器的研究中。
(5)从主观评价出发，考虑闭环综合性能指标，将“人—车—路”看成一个系统。
(6)基于新控制理论的全主动四轮转向系统。
把4WS技术与其它主动安全技术（如4WD、ABS、ASR、ASC、DYC等）相结合，实现汽车主动底盘技术的综合控制，这是主动控制4WS系统研究的长期目标。
研究内容
① 熟悉4WS技术的发展历程，特别是近十几年来的发展；
② 熟练掌握4WS汽车动力学的原理以及其模型建立的分析；
③ 掌握前轮转角比例前馈汽车的研究的传递函数的推导以及动态、稳态、瞬态分析；
④ 掌握前轮转向角比例反馈加横摆角速度比例反馈的4WS系统模型分析；
⑤ 能够熟练使用MATLAB仿真。针对三幅典型的灰度图像，采用基于4WS模型其编码，用客观标准和主观标准综合评价重建图像的质量；
⑥ 熟练使用MATLAB提供的Simulink工具。
拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析
（1）实验方案
对二轮系统和四轮系统进行建立模型，着重研究横摆率跟踪控制的四轮转向系统，然后应用Matlab画出模型图，输入原始参数，控制好变量，编好程序，进行仿真。
（2）研究方法
① 在同一图形下，分析两个图形的差别；
② 在不同的参条件下，对同一个图像做不同的量化，分析两者的区别。
研究计划及预期成果
研究计划：
2012年11月12日-2012年12月25日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。
2013年1月11日-2013年3月5日：填写毕业实习报告。
2013年3月8日-2013年3月14日：按照要求修改毕业设计开题报告。
2013年3月15日-2013年3月21日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。
2013年3月22日-2013年4月11日：4WS模型的建立与相关推导。
2013年4月12日-2013年4月25日：MATLAB程序设计。
2013年4月26日-2013年5月21日：毕业论文撰写和修改工作。
预期成果：
达到预期的实验结论：通过前轮转角比例前馈汽车的仿真分析得到4WS比2WS有更加好的性能以及稳定性;通过前轮转向角比例反馈加横摆角速度比例反馈的4WS系统的仿真分析，得到比2WS有更好的性能以及稳定性，同时与前轮转角比例前馈汽车的仿真比较，有更好的性能以及稳定性。
特色或创新之处
① 使用MATLAB编程仿真，效果明显，方便改变参量，能够直观判断实验结果。
② 采用固定某些参量、改变某些参量来研究问题的方法，思路清晰，简洁明了，行之有效。
已具备的条件和尚需解决的问题
① 实验方案思路已经非常明确，已经具备使用MATLAB编程仿真的能力和图像处理方面的知识。
② 使用MATLAB编程的能力尚需加强。
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