汽车转向灵敏性控制的优化.doc

1、 得分:_南 京 林 业 大 学研究生课程论文20122013学年 第一学期课 程 号：73327课程名称：MATLAB语言论文题目：汽车转向灵敏性控制的优化学科专业:交通运输工程学 号：8123127姓 名：韩培任课教师:王一雄 二一二年 十二月汽车转向灵敏性控制的优化摘 要：在分析了前轮转角对汽车转向系统影响的基础上,通过动力学分析建立汽车的操纵稳定性的2自由度模型，推导出前轮转角输入与相应输出之间的传递函数矩阵，使用传递函数矩阵估计方法对质心侧偏角，横摆角速度等侧偏特性参数进行辨识和计算。以汽车低速转向具有较高灵敏性具有更好的操纵稳定性为目的,Matlab仿真结果表明人为增加助力的大小逐

2、渐减小的连续输入力矩后在保证汽车操纵灵敏性的情况下操纵稳定性有了明显的提高.阐述了在不同车速下助力衰减周期的控制。关键词：2自由度模型；汽车转向；Matlab仿真；转向灵敏性;操纵稳定性Optimization of sensibility control for steering system of vehiclesAbstract: Based on the analysis on the effects of low speed wheel angle on steering system. Based on dynamic analysis, a vehicle handling an

3、d stability model with two degrees of freedom is constructed and a model of tire side force considering steering velocity is presented, and a transfer function matrix between vehicle front wheel angle and lateral acceleration， yaw rate and body roll angle is deduced。 Using transfer function matrix e

4、stimation method， some parameters of side slip angle and angular velocity of side slip angle are identified and calculated. To low speed automobile steering with higher sensitivity and smaller turning radius for the purpose, and the results of simulation using Matlab show that based on ensuring the

5、vehicle handling stability , the manipulation of sensitivity is improved obviously when Increased anthropogenic。Elaborating the control of the cycle of power attenuation at different speed.文档为个人收集整理，来源于网络个人收集整理，勿做商业用途Key words: the model of 2 freedom ; Auto steering; Matlab； Steering sensitivity ； h

6、andling stability 0前言随着汽车工业的不断发展,许多新的转向技术作为提高汽车操纵稳定性的有效手段已得到了广泛的认可并应用于实践。运用助力转向技术，可以有效地减小低速行驶时汽车的转弯半径，使汽车在低速时行驶更加灵活。同时,该技术还可以大大地改善汽车在高速行驶时横摆角速度和质心侧偏角等瞬态响应指标,提高高速行驶时的操纵稳定性.在助力转向汽车的研究方面，早期的助力转向控制方法主要是阶跃助力控制.为此，本文基于二自由度汽车模型提出一种新的有关助力转向连续衰减助力控制的方法，控制目标是灵敏度尽可能高转弯半径尽可能小时系统更稳定。1动力学模型的建立图1 二自由度模型建立了单输入

7、三输出的二自由度汽车动力学模型，将汽车模型简化成投影在地面的高度不计的两轮摩托车，如图1所示。其中输入为控制器施加的力F使车轮增加的转角，输出为汽车的横摆角速度，转弯半径R和侧偏角。假设轮胎的侧片特性处于线性范围，汽车的行驶速度一定，忽略汽车的侧倾和俯仰运动，只考虑它的侧向和横摆运动。前后轮的左右轮胎侧偏角分别相等且满足: (1) （2）模型的运动微分方程为： （3） （4）式中，M为整车质量；为绕质心的横摆转动惯量；为质心处的侧偏角；为横摆角速度；和分别为质心至前后轴距离；L为轴距（)；V为车速;和分别为单个前后轮侧偏力，这里的和为前后轮的侧偏刚度,为前轮转角。将(1),(2）以及前后轮侧偏

8、力的公式带入（3）,（4）中，可求出模型的运动方程为： （5） （6）若车辆做等速圆周运动，则质心处的侧偏角不变，横摆角速度也一定。故稳定状态时,，带入式（5），(6）中，可求得模型的等速圆周运动方程： （7） （8)联立（7），（8）可求得与的关系： （9）由于模型以速度V做角速度为的匀速圆周运动，假设圆周半径为R，则： （10）由（10)可知，转弯半径R与前轮输入转角成反比，即转向灵敏性的控制与前轮输入转角成正比，考虑到驾驶员的转向操作控制前轮转角，控制器根据辆的横摆速度和质心侧偏角的信息反馈控制前轮转角,前轮的转角可以由下式给出 (11）式中，为驾驶员通过转向盘传给前轮的输入转角；为控制

9、器的反馈输入转角.传统的采用阶跃输入，本文采用的是衰减输入方式。2可控性与可观测性为了实现系统的最优控制，必须分析系统的可控性和可观测性。最优控制是根据系统的状态变量提供最优反馈增益即来实现的。如果对系统的状态可控，就可以得到最优控制，达到在保证汽车转向稳定性的基础上灵敏度尽可能高转弯半径尽可能小时系统更稳定的目的.系统具有可观测性就可以通过对输出量在有限时间内的观测把系统状态辨识出来,从而可对系统进行最优评估和最优控制。选取状态向量，输出向量，状态方程可以写成，输出方程可以写成的形式。其中，;；通过判断可控性矩阵是否满秩来分析人为控制量对系统的可控性。由结果可知矩阵满秩,所以系统可控.通过观

10、测可观测性矩阵是否满秩来分析系统是否可观测。由结果可知矩阵满秩,所以系统可控。3汽车转向仿真分析仿真用的某SUV的结构参数如下：,，,. 3.1时域特性仿真分析利用Matlab7。0对模型进行仿真分析，并做出控制器连续输入与无控制器时的阶跃输入对比.选定车速为。系统的质心侧偏角、横摆角速度的时域响应曲线如图2和图3所示.图2 质心侧偏角时域响应曲线由图2可以看出,与采用阶跃助力输入的车辆相比,采用连续输入的车辆的质心侧偏角时域瞬态性能指标得到很大改善,曲线超调量明显减小，超调量的减小有助于转向运动更加平稳，汽车的运动姿态得到了很好的控制。图3 横摆角速度时域响应曲线由图3可以看出，采用控制器连

11、续输入助力的车辆横摆角速度增益以及达到稳态的反应时间与阶跃助力输入的车辆基本一致,这样可以使驾驶员保持原有的转向感觉。3。2车速改变对系统特性的影响图4 不同车速下横摆角速度时域响应曲线由图4可以看出，在低速时控制器输入的衰减周期T可适当减小，随着车速的增加衰减周期T逐渐增大，以达到低速时车辆的转向灵敏性有保证时操纵稳定性更好，高速时操纵稳定性有保证时适当衰减灵敏性。4结束语1）建立了单输入三输出的二自由度汽车转向模型，并分析了系统的可控性和可观测性.2）由仿真结果可知,采用控制器增加衰减的输入力矩的的助力转向系统有效的改善了采用阶跃助力输入转向时的侧偏角和横摆角速度响应特性，更好的实现了驾驶

12、员的驾驶意图。采用控制器增加衰减的输入力矩的的助力转向系统随着车速的变化可以自适应的改变衰减的周期以达到低速时车辆的转向灵敏性有保证时操纵稳定性更好，高速时操纵稳定性有保证时适当衰减灵敏性。5参考文献1Shoichi Sano，Yoshimi Furukawa，Shuiji Shiraishi。 Four Wheel Steering System with Rear Wheel Steer Angle Controlled as a Function of Steering Wheel AngleC.SAE Paper 860625。2 Cho Yong H,Kim J。 Design of Optimal FourWheel Steering SystemJ.Vehicle System Dynamics，1995,24:661-628.3 来飞，黄超群. 汽车四轮转向变增益跟踪控制研究D。汽车工程.20124 张孝祖, 蔡双飞。 四轮转向汽车操纵动力学仿真分析D。拖拉机与农用运输车.20075 胡 维，魏道高，王 鹏. 极限工况下前轮主销后倾角对汽车转向稳定性影响研究D。 汽车工程学报。20126 余志生。 汽车理论M.清华大学出版社。201