4694-基于横摆率反馈的四轮转向系统的仿真研究【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共65页)
编号：786525
类型：共享资源
大小：1.44MB
格式：RAR
上传时间：2016-09-19
上传人：圆梦设计Q****9208...
认证信息
个人认证
邱**（实名认证）
湖南
IP属地：湖南
50
积分
- 关 键 词：
-
基于
横摆率
反馈
轮转
系统
仿真
研究
钻研
机械
毕业设计
全套
资料
已经
通过
答辩
- 资源描述：
-
4694-基于横摆率反馈的四轮转向系统的仿真研究【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,基于,横摆率,反馈,轮转,系统,仿真,研究,钻研,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
- 内容简介：
-
周次 起止日期 工作计划、进度 每周主要完成内容 存在问题、改进方法 指导教师意见并签字 备 注11月 12日 2月 2日教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。按照任务书要求查阅论文相关参考资料，其中与设计有关的参考资料不少于10篇，外文不少于5篇，填写毕业设计开题报告书。存在问题：对课题理解程度不够，对其难点分析不够，分析能力缺乏。资料库欠缺。改进方法：在指导老师的帮助下，对课题有较深的了解，并去江大图书馆查阅资料。4012年 12月 3日 月 20日 指导专业实训 机械设计综合实训，机械关键部件设计校核。 存在问题：机械部件设计不够完善，缺少经验。改进方法：了解机械设计的详细过程，翻阅相关例题练习。11月 21日 日 指导毕业实习 相关机械制造厂实习，了解本专业的实践知识，锻炼车间装配实际操作能力。 存在问题：没有实习实训的经验，无法将课本知融会贯通。改进方法：认真参与工作，虚心求教，多动手，多动脑。13 2013年 3月 4日 日 翻译外文资料 翻译机械方面的外文资料。存在问题：专业英文水平较低，翻译专业词汇存在困难。改进方法：借助一些翻译软件、专业字典帮助翻译提高翻译准确性性。14 2013年 3月 11日 5日 学习阅相关资料，学习与论文相关的基本知识。 存在问题：对于安装进方法：听老师指导示范，之后并上网搜索安装过程。15 2013年 3月 18日 2日 搞懂阅习基本指令以及用法。存在问题：对于好多计算方法的编程以及画图搞不懂。改进方法：认真查阅各方面资料，获取数据，在老师指导下消化难点。16 2013年 3月 25日 9日 学会对三自由度四轮转向汽车进行动力学建模 搞懂四轮转向过程中涉及的力学分析。 存在问题：众多的力学方面的分析不能深刻理解。改进方法：查阅力学书籍，对力学分析有更深刻的理解。17 2013年 4月 1日 日 学会对二自由度四轮转向汽车进行动力学建模 搞懂四轮转向过程中涉及的力学分析以及对某些参数进行忽略或近似。 存在问题：哪些参数可以忽略或者进行不能准确把握。改进方法：查阅相关资料，对已研究出的成果进行应用。18 2013年 4月 8日 2日 推导二自由度动力学模型相关传递函数 将三个参数对于同一输入进行传递函数的推导 存在问题：不会推导。改进方法：查看资料以及控制方面的书籍，掌握推导方法。存档编码：无锡太湖学院 2013 届毕业作业周次进度计划、检查落实表系别：信机系 班级： 机械 94 学生姓名： 孙建国 课题（设计）名称：基于横摆率反馈的四轮转向系统的仿真研究 开始日期： 2012年 11月 12日周次 起止日期 工作计划、进度 每周主要完成内容 存在问题、改进方法 指导教师意见并签字 备 注19 2013年 4月 15日 0日 对横摆率跟踪控制的4虑横摆率跟踪控制下的原理以及研究方法 存在问题;搞不懂研究方法。改进方法：查阅资料，老师指导。20 2013年 4月 22日 7日 对相关指标进行仿真 应用进行仿真 存在问题：对于画图不熟悉。改进方法：多看教科书，多动手练。21 2013年 4月 29日 日 准备设计说明书的编写 整理所有资料，相互对照，排除细节误差，为任务书的编写做准备 存在问题：有些资料不够完善，已完成的资料有些也够完整改进方法：认真检查、整顿已搜集及完成的材料。22 2013年 5月 6日 0日 设计说明书（论文）、摘要和小结编写 完成设计说明书（论文）、摘要和小结存在问题：说明书的格式不规范，摘要不合理要求等。改进方法：根据毕业设计的规范要求更改，重新按要求编写摘要。23月 13日 0日 修改设计说明书（论文）格式上交资料、准备答辩 修改设计说明书开题报告格式存在问题：附录格式不规范，英文摘要要求不合理等。改进方法：根据毕业设计的规范要求更改，并全面整理所以材料。说明： 1、 “工作计划、进度 ”、 “指导教师意见并签字 ”由指导教师填写， “每周主要完成内容 ”， “存在问题、改进方法 ”由学生填写。2、本表由各系妥善归档，保存备查。编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 相 关 资 料 题目： 基于横摆率反馈的四轮 转向系统的仿真研究 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923201 学生姓名： 孙建国 指导教师： 陈炎冬 （职称： 讲师 ） （职称： ） 2013年 5月 25日 目 录 一、毕业设计（论文 ）开题报告 二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文 三、学生 “毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表 ” 四、实习鉴定表 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 开 题 报 告 题目： 基于横摆率反馈的四轮 转向系统的仿真研究 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923201 学生姓名： 孙建国 指导教师： 陈炎冬 （职称： 讲师 ） （职称： ） 2012年 11月 12日 课题来源 实际应用 科学依据 （ 1）课题科学意义 四轮转向 (4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 4术的主要目的有：减少车辆质心侧偏角；减少车辆横摆率与车辆横向加速度之间的相差；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， 4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 4辆由于由较小的角和相差，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 4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 4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 4术与其它主动安全技术（如 4）相结合，实现汽车主动底盘技术的综合控制，这是主动控制 4统研究的长期目标。 研究内容 熟悉 4术的发展历程，特别是近十几年来的 发展 ； 熟练 掌握 4车动力学 的原理以及 其模型建立的分析 ； 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 ； 掌握 前轮转向角比例 反 馈加横摆角速度比例反馈 的 4统模型分析 ； 能够熟练使用 真。针对三幅典型的灰度图像，采用基于 4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； 熟练使用 供的 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 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 在同一图形 下，分析 两个图形 的差别 ； 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 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 3 月 5 日：填写毕业实习报告。 2013 年 3 月 8 日 3 月 14 日：按照要求修改毕业设计开题报告。 2013 年 3 月 15 日 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 4 月 11 日： 4型的建立与相关推导 。 2013 年 4 月 12 日 4 月 25 日： 序设计。 2013 年 4 月 26 日 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 4 2通过 前轮转向角比例 反 馈加横摆角速度比例反馈 的 4到比 2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 使用 程仿真，效果明显，方便改变参量，能够直观判断实验结果。 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 实验方案思路已经非常明确，已经具备使用 程仿真的能力和图像处理方面的知识。 使用 程的能力尚需加强。 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 教研室（学科组、研究所）意见 教研室主任签名： 年 月 日 系意见 主管领导签名： 年 月 日 英文全文 a at 6,at a In 962 r as 1 in of in of 2.a is on a on be by of by s of to of of in 23 (1980) 26 (1982, 26; of 1985); of 29 (1987). to of a as it of of as 4WS in a to a 983, of an at on an a WS as as of by of by of a by at 985. of 990s a WS a a A s 4in a to a to a is of a in at he of WS is it to a in is by 1 to . s to n by to by in by by WS as a WS of a is by a an . is by to of to is of of a a an A is in a in of a in of an is WS of to to It of 522a to a as in a 522 as an of to or a to be to . to to 2. to of by of of by in in to to by It in a (is by a in of to a WS to he of It of a a a a to a a to It a. 522 is at an by to is in by of in of of of is to to of s by of is to in an to to in an to of is in as s b. 522of is of is in as of as c. 522s is is if is of s a in he of of is to s s to a in is in of by a to on of he of In in in to a WS if a a in by a or a is in a a In of an be by a WS a to of a 2WS WS is a 中文译文 马自达公司的速度感应四轮转向系统 三 十 五年前，两个马自达设计师提出了个远见的、有计算认为是相当革命性的结论。 他们在 1902 年 1 0 月 26 日日本汽车工程师学会技术会议上 士和 程师总结了他们关于车辆动力学的辛勤研究如下 : 和时间上的延迟和 稳定的一大进步，可预期的方式自动引导系统后车轮 这种结论和提法被这两个工程师提出并为良好悬架技术的研制成立了华金会多年来致力于研究和开发，原有的理论有定的作用，些最重要的成就在近代历史上汽车底盘工程，将在马自达的系列产品的生产 先采用原第一轮驱动 323K(1980),马自达 6X(1982,然后在更新完善马自达 985);并制定电了后方联系中断新马自达 929( 而 与 此同时各种外部压力和负荷作用， J 汽车后方的车轮，因为它违背斗顿的运动 学原理，这些新系统中断将这些 力量 纳入” 4应积极帮助稳定车辆和机敏 。 马自达的设计师和土程师们的最终目标仍是积极的方法产生积极的控制措施 ;四轮转向体系。 1983 年马自达将举 世震惊的概念引入工程车 ，并在东京会展上亮相。这辆 四门私家轿车在不寻常的长轴距上布置了宽敞的乘客空间，它汇聚许多先进的特点具有高速稳定和低速操控性能的真正意义的 4统。后方轮的量取决于前力双轮的角度和汽车的速度，而这此是由中央计算机单元控制的。 后另个令人振奋的概念车 ; 1985 年 9 月第次在法兰克福展出。这辆豪华的四座双门未来派轿车装配了 90 年代精确电子控制的 4统和不同扭矩均分系统，四轮驱动和强劲的三旋轮发动机。 马白达电子控制四轮转向系统 :有利的技术 马自达的电子控制、汽车速度感应四轮转 向 系统 (4动双后轮在定方向和量上是最适合汽车的速度范围的。这种系统是机械和液压系统驱动，伴随着生产稳定提高，并在某些参数 上 反应敏捷 。 马自达 4备车来自五个战略利益的驱动，超过了传统的底盘。 1 优秀的转弯稳定性。 4 急速换道的机动性大大改观。 5 更小的转弯半径和低速范围狭小空间的可操纵性。 马自达最显著的优势在于 4统能显著降低高速疲劳驾驶和长 期驾驶，这是最优化 后取得的。 1 降低对驾驶输入和动作的反应延迟。 从根本上说，在 60 年代初两位年轻的马自达工程师通过提供这个最佳解决现象的方 法，一以这种方法他们提倡一 4统已经作为一项完全有利的技术出现。 战略性建设 马自达 4条副转向系统系统由两个串联泵来提供主要的动力来源的液压辅助的前置式齿轮该转向系的总的传动比为 1。后面的车轮的转向依然是靠全 泵提供动力的液压辅助驱动和根据前轮转角和汽车行驶速度来实现电子控制 的装置。 后轮的转向轴从前转向器的转向齿条延伸到转向控制单元。 后而的转向系统包括转向轴后的输入端，车辆速度传感器，转向控制单元 (确定 方向和角度 )，一个动力气缸和一个输入轴。为了以防液 1.+:故障转向系统卜面装了一个 中央锁弹簧，它将系统锁止在中间位置，另外一旦发生电类的故障作用在螺旋管阀液 体压力将消失 (因此此时将中央锁弹簧将被开启 )。依据车速的不同变化“ 4 W S”系 统因应前轮的变化不断改变后轮的状态和比率。当汽车在急转弯时如果速度小于 35 h C 22将使汽车的后轮与 前轮的状态相反且 35km l h ( 22使它们 失效直到笔直向前，按照传统的两轮转向原理 )。当速度高于 35h ( 22 系统将于前轮保持同相转动，因此增加了转弯时的稳定力。将转向后车轮的最大转角 无论同左或足同右都增加了 50 a 马自达已经确定了使人感觉到自然和保持人类灵敏性 的测量方法。 主要组成部分 两 个传感器，个在速度计内部另个在传输的输出端，用这样两个传感器是为了使它们两个相互求证 和失效保险。 过控制扼角度和锥形齿轮的配合运动将方向和行程传递给转向后轮。 转在组件里的主要锥形 齿轮。 据状态和行程要求引导合适的后轮转向。 个中央锁止弹簧将后转向轮锁 在中间位置，如果在不能确保其对正常的 2 W S 车辆起作用时该锁将被开启。 前面两个提 供液压和后驱动轮。车专向状态控制的细节转向控制单元改变转向后轮的度和方向。已有控制转向后轮转向系传动比的步进电机，一个控制扼，一只摆动臂，一个通过小锥齿轮连接在后轮转向轴上的锥齿轮，和一个操纵杆连接控制阀。它操作 : 方向 )少于 35 h /22转向。 1 控制扼在步进电机作有一个角度。 2 前轮被转向右边。小的锥形齿轮由于转向后轮轴的旋转而沿 X 方向旋转，小的锥形 齿轮依次旋转主要的锥形齿轮。 据操纵杆的运动的度 (通过摆动臂的安排确定 )，被确定位置进入一个方向，朝右边。后车轮在左侧被如此使得转向后轮对转向前 轮有个相反的转向 。 后到前的转向系传动比也要成比例增加 而转向锁收紧。 这个阶段的操纵与第一个阶段的操作相反，这是因为在一定的速度范围控制扼的转动角度趋向明显，如同说明的那样。摆动臂，扼杆和锥形齿轮与前转向轮保持相同。 方向 )多于 35 h/ 22转向。 这个阶段的操 纵与第一个阶段的操作相反，这是因为在一定的速度范围控制扼的 转动角度趋向明显，如同说明的那样。摆动臂，扼杆和锥形齿轮与前转向轮保持相同。 的状态。 35km l h /(22制扼的角度是水平的 (中间位置 )。因此，这根 输入杆没有被影响，即使这个操纵杆为锥形齿轮单元所带动。因此后转向轮没有被这种方式所驱动。动力气缸 控制阀单元的输入轴的运动被传递给气缸线轴。由于线轴相对与套管的位移使得液压动力气缸的左右壁室的形成一个压力差。压力差克服输出轴的负荷并使轴套运动。轴套动力轴总成被以相同的 比例传递到输入。输出轴将转向运动传递到后轮的任一转向控制单元。由此驱动后转向轮。故障安全保障 系统能自动消除电子和液压可能存在的问题，无论发生哪种情况，封装在转向系统里面的中央锁止弹簧返回给输出轴并确保其在中间的位置。本质上是使整个转向系统符合一个传统的 2则。尤其是一个液压的缺陷使得压力水平的降低 (一个错误的操作或者是安全带的断裂 )，后轮转向装置被锁止在中间位置，并气动一盏低级的警告灯，如果是一个电子元件的错误，那么这个错误将被集成在 4制单元里面的自诊断回路所探测到，这将促使一个螺线管阀 门的开启然后使液压无效并且返回到回路里面，因此再次使该系统符合 2则。从今以后， 4统在主要仪器内展示的警告灯开动，就表明一个系统故障。 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 基于 横摆率反馈的四轮 转向系统的仿真研究 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923201 学生姓名： 孙建国 指导教师： 陈炎冬 （职称： 讲师 ） （职称： ） 2013年 5月 25日 无锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所 呈交的毕业设计（论文） 基于 横摆率反馈的四轮转向系统的仿真研究 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 94 学 号： 0923201 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 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： 熟悉 4别是近十年来的发展； 熟练 掌握 4 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 ； 掌握 前轮转向角比例反馈加横摆角速度比例反馈的 4 能够熟练使用 对三幅典型的灰度图像， 对 4行 编码，用客观标准和主观标准综合评价重建图像的质量； 熟练使用 ； 四、接受任务学生： 机械 94 班 姓名 孙建国 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签 2012 年 11 月 12 日无锡太湖学院学士学位论文 V 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 4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 本人毕业（论文）设计题目 he WS in WS of in 4WS As to of to of 锡太湖学院学士学位论文 V 目 录 摘 要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 轮转向汽车的发展历史及国内外研究概况 . 1 展历史 . 1 内外状况 . 2 章研究的背景和意义 .轮转向系统控制方法简介 . 5 课题研究内容 . 7 2 四轮转向车辆的侧向动力学模型 . 9 胎模型 . 9 胎模型 . 9 胎模型 . 10 “魔术公式 . 11 孔辉的轮胎稳态指数统一模型 . 12 型车辆动力学分析 . 13 自由度汽车的动力学模型 . 13 自由度汽车的动力学模型 . 15 章小结 . 20 3 四轮转向系统不同控制方法的建模 . 21 后轮转角定比例控制的 4型 . 21 后轮定比例控制的方法研究 . 21 后轮转角定比例 4统动力学模型 . 22 入横摆率反馈控制的 4型的建立 . 24 摆率反馈的控制方法研究 . 24 摆率反馈的动力学模 型 . 横摆率反馈的 4车的动态响应特性 . 27 于传递函数的横摆率反馈的 4车控制 . 29 章小结 . 30 4 二自由度 4制仿真分析 . 31 真环境 . 31 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 真所用的参数 . 31 域特性仿真 . 32 横摆角速度比例反馈的 4统汽车控制 . 35 本人毕业（论文）设计题目 比例反馈 4统与 加横摆角速度比例反馈的 4统比较 . 39 横摆率反馈控制的 4辆的参数研究 . 41 章小结 . 44 5 结论和展望 . 45 论 . 45 望 . 45 致 谢 . 47 参考文献 . 48 附 录 . 49 基于横摆率反馈的四轮转向系统的仿真研究 1 1 绪论 轮转向汽车的发展历史及国内外研究概况 传统汽车装备构造 中 ，除了专用 的 汽车外，两轮转向 (22其是前轮转向一直是汽车转向的主要方式。对于传统的转向系布置装配构造及布置方法拥结构简单、成本便宜的特点。然而，前轮转向汽车的低速时转向响应慢回转半径大，转向不灵活，高速时方向稳定性差等缺点带来了诸多不便。现代道路交 通系统不断发展，汽车速度必然也随之越来越高，高速时汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵轻便程度，而且也是保证高速行驶汽车安全的一个主要性能。因此，人们 把它叫做 “高速车辆的生命线”。汽车具有更快的跟随驾驶员指令的反应能力瞬时成为了客观上要求。各大汽车公司对由于四轮转向（ 4统能够有效的改善汽车的机动灵活性和操纵稳定性非常青睐。首先在中高速范围内，通过适当控制后轮转角， 能够 从根本上避免由于轮胎侧偏特性而产生的过度转向现象的发生 ，因此 提高了汽车高速行驶的安全性能。 另外 ，运用 4术，还可以有效地减小低 速行驶时汽车的转弯半径，使汽车在低速行驶时更加灵活 性 。 再者 ，后轮以相同的方向转动 时 ，汽车能够产生后轮滑动角 但 不需要汽车侧偏角，这样就 能够 消除转向输入与后轮侧向力之间的时间滞后， 因此 有效 地 减少汽车到达稳态转向所需的时间，大大地改善了汽车转向的瞬态响应， 便 于由一个车道向另一个车道调整。 从 20 世纪初四轮转向技术开始萌芽 ，一直发展到 今天 ，已经 成为较为成熟的技术 ，它的发展 经历了漫长的过程 。 1907 年，日本政府颁发了第一个关于四轮转向专利证书，它有效地 利用 了 一根轴将前轮转向机构和后轮转 向机构直接连接，从而实现后轮转向。当汽车低速行驶时，通过后轮相对于前轮的反向转向，能够 有效地 减小低速时汽车的转弯半径，使其具有更好的机动性，这 就是 是四轮转向技术最初的应用实例。 直到 1962 年，后轮主动转向的概念在 日 本汽车工程协会 (技术会议上提出， 研究人员 开始了四轮转向系统的汽车动力学研究。这一阶段：四轮转向技术对于提高汽车高速时的操纵稳定性具有重要意义 ， 研究人员开始认识到 此意义的重要性 。日本学 者过一系列研究得出重要结论：在高车速范围内，应用后轮与前轮的同向转向 能够有效 地 减小汽车质心侧偏角， 进而有效地 减小侧向加速度响应的相位滞后， 这样 表明主动控制后轮转向 能够 在很大程度上改善汽车的操纵稳定性。随着对四轮转向系统研究的深入， 汽车厂商纷纷推出了各自的四轮转向系统，并尝试把一些成熟的四轮转向技术应用到商用车型上。 1985 年， 司在实车上应用了世界上第一套四轮转向系统，应用在该公司开发的一种高性能主动控制悬架上 (并于 1987 年和 1989 年相继开发出 I 和 后轮转向作用机理都是采用一套液压泵和液压系统来主动控制后轮的转向角度，比较明显地改善了汽车在高车速范围内的操纵稳定性。 目前随着电子技术的发展，汽车上也越来越广泛地应用了各种电子设备。 4始与无锡太湖学院 学士学位论文 2 4共同应用，从而改普汽车的操纵稳定性、动力性、制动性等汽车的综合性能，来满足人们对汽车越来越高的要求。美国伽公司在其很多车型上应用了 司研发的四轮转向技术，其后轮电动转向系统 包括了车轮定位传感器、车速传感器和中央电子控制模块。系统以电子控制的形式对后轮转向进行实时控制，根据车速装备车辆的不同对后轮转向进行控制以达到低速时反向转向和高速时同向转向，并与汽车的底盘控制系统一体化，可以在控制面板上选择开启或者关闭四轮转向系统。 内外状况 传统的 2车只有前轮作主动转向动作，后轮只作随动运动，根据阿克曼转向几何学原理，这样将使汽车的转弯半径很大！转向不灵活；此外，随着车速的增加，汽车由于受到轮胎侧偏角的影响而使汽车的质心侧偏角增 大，导致汽车高速行驶时循迹能力降低，行驶稳定性也将变差，严重时甚至会使汽车发生侧翻而 4车由于具有低速时转向灵活！中高速转向时稳定性好等优点而越来越受到人们的关注为了更为深入地了解 4章将对 4车的动力学特性进行理论分析图 3.1(a)四轮转向汽车的转向特性分析四轮转向的目的于使汽车低速转向行驶时前后轮作逆向转动，根据阿克曼转向原 图 (a) 2速转向汽车 图 (c) 2 速转向汽车 图 (b) 4 速转向汽车 图 (d) 4速转向汽车 图 4低速和高速下转向运动 理，这样可以减小汽车的转弯半径，从而获得良好的机动性；中高速转向行驶时使前后轮基于横摆率反馈的四轮转向系统的仿真研究 3 作同向转动，这样就可以减小车辆的质心侧偏角，提高了汽车的循迹能力 ,从而获得较好的操纵稳定性。 阿克曼的主要观点是：要使汽车在行驶（直线行驶或转向行驶）过程中地面与轮胎之间不出现滑移现象而是处于纯滚动状态，则要求汽车的每个车轮的运动轨迹都必须完全符合它的自然运动轨迹。根据以上原理，传统 2车在低速转向时其瞬时转向中心应该在它的后轴延长线上，如图 (a)所示；而 4车低速转向时前后轮作逆向转动 ,其瞬时转向中心比 2车的瞬时中心更加靠近车体，且位于后轴的前方，如图 (b)所示；根据图(a)(b)可知，相比 2车， 4车能够获得更小的转向半径，且内轮差也更小，因此提高了汽车低速转向时的机动性，即获得了更好的低速转向特性。图 (a) 2辆低速转向轨迹图 辆低速转向轨迹。 传统的前轮转向车辆在方向盘转动之后，前轮开始转动，然后依靠前轮的转动带动车身转动，从而实 现汽车的转向，后轮只作随动动作。在转向过程中，车辆将产生旋转向心力，为了平衡该力，车轮将产生侧偏角，从而产生侧向力与之相平衡，此时，车辆的质心侧偏角和后轮的侧偏角也随之产生，从而产生侧向力来共同平衡车辆所产生的向心力。由向心力公式 F= 可知，随着车速的增大 ,车辆产生的旋转向心力越大，为了平衡此力，前轮的侧偏角将会增大，而与前轮侧偏角密切相关的质心侧偏角及后轮侧偏角也将增大，这样就会使得汽车的循迹能力变差，容易引起汽车的侧滑甚至侧翻，而 4车在中高速转向时前后轮作同向转动，使车体方向能够很好地跟踪 车辆的行驶方向，从而减少了质心侧偏角，提高了汽车的循迹能力。此外，同向转动时汽车的转弯半径将增大，使汽车所受到的向心力减小，这样就在很大程度上减少了汽车发生侧翻的可能性，提高了汽车的主动安全性， 2 4车在中高速时的转向轨迹如图 (a)、图 (b)所示。 国内对于 4北京理工大学、吉林工业大学、上海交通大学、同济大学、武汉理工大学、天津大学等高校，在国内的汽车行业中基本上还没有展开 4校由于条件的限制特别是试验条件和试验经费的限制， 对于 4研究的重点主要是 4林工业大学基于二自由度模型对四轮转向系统的控制方法进行了探讨，研究了轮胎侧偏特性对于四轮转向系统的影响，对四轮转向汽车的运动稳定性进行了分析。天津大学对四轮转向系统的非线性控制进行了研究，探讨了四轮转向系统发生随机 京理工大学则在 进行了一些试验尝试。总的说来国内对 4 国外现阶段的 4图达到以 下目的： 1) 对沿行驶路线行驶的汽车车身姿势进行控制，减小汽车的质心侧偏角，尽量控制汽车的质心侧偏角经常保持为零； 2) 减少汽车横摆角速度与侧向加速度之间的相位差以及各自相位； 3) 增强汽车行驶的稳定性； 4) 低速行驶时具备良好的机动性，改善低速范围汽车的操纵性； 5) 改善汽车的转向响应性能； 6) 抵制由汽车自身参数变化因素对汽车转向响应特性的影响，并保持所期望的汽车转无锡太湖学院 学士学位论文 4 向响应特性； 7) 增加对外界环境变化的抗干扰能力； 8) 改 善轮胎附着力极限附近的响应。 这些设计目标与动力系统密切相关，随着汽车动力学和控制理论的发展，各种现代控制理论开始被逐渐应用于四轮转向系统的研究中，国外具有代表性的一些研究进展如下： 改善汽车的侧向加速度响应和横摆角速度响应，并分析了性能加权函数对于汽车操纵稳定性的影响。 比了在换道行驶过程中，有经验驾驶员的 操纵转向和四轮转向汽车的最优化控制转向，研究了驾驶员操纵四轮转向汽车的主观感受。 H 择最优的控制系统常量，把对转向输入响应的控制和对抗外部干扰的稳定性控制分开，实现了两者的相互独立。 出了在参数变化下的系统响应问题。分析了在后轮胎压低于正常情况下，汽车的过度转向以及控制系统如何稳定汽 车的运动。 目前，国内外已有至少 7种不同的 4些系统由于驱动后轮转向的控制器的控制策略和控制方式的不同而不同。这些 4课题亦是基于二自由度汽车模型的研究。 文研究的背景和意义 近几十年来 ,我们国家的经济得到了迅猛的发展 ,在此期间，汽车行业的发展也进入了快速道，已经成为我国的支柱 产业之一，然而，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，与汽车的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，而汽车转向系统的好坏对汽车的操纵稳定性有着重大的影响，如何设计高效的转向系统是汽车设计中的一个重要环节，也是汽车行驶安全性的一大研究主题。 电子技术在汽车上的应用已经有很长一段历史，但长期以来主要集中在汽车电器方面。近年来，“机电一体化（ 1技术，将微电子技术产品代替和完善机械产品中部份装置，使产品在性能上和功能上发生了 质的飞跃。汽车工业也正在采用先进的“机电一体化”技术，其中的“线传” (术 2、 3、 4 即转向（ 驱动 (制动 (的线传控制，通过伺服动力装置和执行机构的直接连接，减少了中间传动装置，减轻了汽车整车的重量，使汽车在性能、功能、效率、节能等方面向更高水平发展 。 汽车从诞生的那天起，一直以来都采用只有前轮转向的传统转向系统，这种转向系统主要通过方向盘的转动来带动两前轮的转动，从而实现汽车的转向行驶 ,后轮只作随动运动，为了减轻轮胎的磨损和避免滑移 现象的出现，汽车在转向过程中轮胎与地面应处于纯滚动状态，根据阿克曼几何学转向原理，要达到这样的运动状态则要求汽车的所有车轮都基于横摆率反馈的四轮转向系统的仿真研究 5 必须绕着同一个瞬时中心做圆周运动，这一点对于传统的二轮转向汽车来说，则要求它的两个前轮的旋转轴延长线的相交的位置必须处在两个后轮的旋转轴延长线上，这就意味着汽车的转弯半径很大 !机动性不好；此外，传统的二轮转向汽车由于在转向过程中只有两轮作主动转向 ,后轮只作随动运动，这就使得车体方向无法很好地跟踪汽车的行进方向，导致了汽车在转向过程中质心侧偏角很大 ,方向稳定性不好；并且随着车速的增加 ,汽 车由于受到轮胎侧偏角的影响其质心侧偏角会越来越大，这不仅很大程度上降低了汽车的循迹能力，甚至会使汽车发生侧滑和侧翻。 随着汽车技术的发展及现代生活节奏的变快，人们对汽车的速度及安全性提出了更高的要求，不仅追求驾驶高速汽车的快感还追求高速驾驶的安全性。传统的前轮转向汽车由于存在各种缺陷而越来越不能满足人们对汽车的性能要求，为了提高汽车低速转向的机动性及高速转向的稳定性，进而提高汽车的主动安全性，需要设计出更为高效的转向系统，因此对转向系统的研究是十分必要也是非常急迫的。 轮转向（ 称 4车能根据汽车当前的车速或横摆角速度等运动状态信息来控制前后轮的同向或逆向转动，低速转向时前后轮作逆向转动，这将使得汽车的转弯半径减小，汽车的机动性得到提高；中高速转向时前后轮作同向转动，这将使车体的方向能够很好地跟踪车辆的行进方向，质心侧偏角得到减小，从而提高了汽车的循迹能力。此外，前后轮作同向转动时汽车的转弯半径将增大，使汽车所受到的离心力减小，这样就在很大程度上减少了汽车发生侧翻的可能性，提高了汽车的主动安全性。 综上所述， 4车可以很好地解决传统 2车所存在的 问题。虽然 4车也存在某些缺点，比如需要对后轴进行过大改动！制造成本高等，但是随着汽车技术的发展及人们生活水平的提高，这些都将不成为问题。从人们对汽车低速转向行驶时的机动性及高速转向行驶时的稳定性！安全性要求出发 ,4术有着光明的前景， 4统己经成为现代转向系统发展的趋势。在不久的将来， 4统必将代替传统的 2统而成为转向系统的主流。因此对 4统的研究是十分必要的，也是非常有价值的。 轮转向系统控制方法简介 几十年来，人们把 4进行了深入的研究。各大公司已经有了不少成熟的 4们的控制方式及工作原理各异，例如有以同相位转向方式为主要目的的 4有同时可控制同相位和逆相位转向的 4各公司研制出的 4在目前 4们对它的研究途径很多，这将会使 4轮转向系统按其结构大致可分为四类：机械式、液压式、电动式、复合式 5、 6；按其控制方法分类可分为七类：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。 1) 定前后轮转向比四轮转向系统 1985 年 用线性模型研究四轮转向系统。他们定义 K 为前后轮转向角之比。 明前后轮转动方向相同。 为通过 K 值的选择应使稳态转向时侧偏角等无锡太湖学院 学士学位论文 6 于零。在低速时值应 K 为负，这可以减小转弯半径，提高汽车的操纵灵活性。高速时 K 值应为正。研究表明在这样的 K 值下，侧向加速度响应时间缩短，但其增益大幅度减小。 2) 前后轮转向比是车速函数的四轮转向系统 1986 年 设计了一套实用的四轮转向系统。该系统采用微机控制。前后轮转向比为车速和前轮转角的函数。其计算前后轮转向比的基本着眼点同 一致的，都是使汽车稳态转向时的侧偏角为零。 也设计了一套类似的四轮转向系统，前后轮转向比也是车速和前轮转角的函数。其设计的着眼点在于使侧向加速度相位滞后同横摆角速 度相位滞后相等，这同零侧偏角原则本质上是一致的。他们这样计算是因为在主观评价中，大多数最优的正的前后轮转向比都发生在二者相位滞后 差别最小的时候。试验表明，通过这种方法选择的 K 能够基本在所有车速范围内，改善汽车的方向响应。其优于前述方法的明显优点是可以在高速时，把侧向加速度增益保持在一个驾驶员可以接受的幅度上。 3) 具有一阶滞后的四轮转向系统 在试验的基础上，设计了具有一阶滞后的四轮转向系统。前几种 4统可以有效地改善汽车转向的稳态特性，但却使横摆角速度和侧向加速度到达稳态值的时间有所延长。具有一阶滞后的四轮转向系统设计的着眼点是既改善汽车的稳态特性，又不牺牲瞬态响应时间特性。当汽车高速转向时后 轮的转动比前轮转动延迟一定的时间，当横摆角速度或侧向加速度到达稳态值，后轮才开始转动。后轮转动时汽车的稳态侧偏角减小，并对其超调量等瞬态特性也有一定程度的改善。尼桑 (备了第一代 效主动控制悬架 )的地平线牌车即属于这种。 4) 前后轮转向比是前轮转角函数的四轮转向系统 这是一种结构简单且效果良好的系统， 90 年代初期一些四轮转向汽车中采用了这种系统。该系统同时具有同相位及反相位转向功能。 其前后轮转角关系见图 K 值变化范围从 0 55(前轮转向角较小 ) 轮转向角较大 )。这种 4统在极限工况一高速且前 图 后轮转角关系 轮转角较大时，后轮转角与前轮转角方向相反，这将导致操纵稳定性极度恶化。尽管在现基于横摆率反馈的四轮转向系统的仿真研究 7 实中人们很少在高速行驶中大打方向盘，但这种潜在的危险依旧存在。另外，当前轮转角较小时前后轮转向比较大，汽车的操纵稳定性有一定程度的恶化，这种汽车在高速行驶时具有一定的危险性。这是该系统的一个明显的缺 点，也是这种系统没有得到广泛应用的原因。 5) 具有反相特性的四轮转向系统。 司的 在设计 统心时对具有反相特性的四轮转向系统进行了研究。其设计的着眼点在于同时改善汽车转向的稳态特性和瞬态特性当汽车高速转向时，后轮先向与前轮转向相反的方向转动，这样横摆角速度和侧向加速度动态响应加快，二者很快达到稳态值，这时，后轮再向相反方向转动，以改善汽车的稳态响应特性。 6) 前轮转向角比例反馈加横摆角速度比例反馈 前轮转向角比例前 馈能使车身的侧偏角为零，横摆角速度比例反馈既能提高汽车转向的固有特性，又能改善汽车转向的频率响应特性。另外，采用横摆角速度比例反馈控制的汽车在汽车受到侧向风等外力作用时，由于后轮的主动控制，使汽车有一定的自律机制。将两种控制分式组合起来使用能极大提高汽车的转向特性。这是目前四轮转向汽车最好的控制方式，也称为后轮主动控制。 人使用了前馈加反馈来控制后轮转角，其控制原则是：在车速极低时，后轮与前轮反向转动，且比例为 1： 1，这样可使得前后轮的运动轨迹相同。随着车速的提高，通过横摆角速度的反馈，补偿后轮的附 加转角，其控制规律可表达为：随着车速的提高，通过横摆角速度的反馈，补偿后轮的附加转角，其控制规律可表达为： 212 c d ; 其中 1 、 2 分别为汽车的前后轮转向角，且分别为汽车质心至前后轴的距离， c 为前馈比例系数； d 为反馈比例系数。 7) 具有自学习、自适应能力的四轮转向系统 前 5 种 4统都是采用古典控制理论，其局限性在于这些系统不能较好地适应汽车本身特性的非线性或随机性变化 (如轮胎侧偏特性的非线性，前后轮载荷变化的随机性 )，不能适应汽车一道路系统特性的非线性或随机性变化（如轮胎一路面附着系数的变化等）。要在这样的条件下实现更为有效的控制，控制系统应具有自学习、自适应能力，即随着被控对象的变化而改变控制器的结 构或参数，改变控制规律。 课题研究内容 本课题主要研究以下内容： 1) 阐述了课题提出的背景及
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号