四輪轉(zhuǎn)向汽車橫向動(dòng)力學(xué)特性及控制研究.pdf

1、針對(duì)目前汽車操縱穩(wěn)定性研究領(lǐng)域尚沒(méi)有綜合考慮線性、非線性和不確定性因素影響的現(xiàn)狀,將四輪轉(zhuǎn)向汽車橫向動(dòng)力學(xué)特性及控制作為本文的研究方向,從而全面考慮線性、非線性及不確定性因素對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的影響,開(kāi)展研究工作. 首先建立了比例前饋與反饋的汽車橫向動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型.并利用Matlab/Simulink進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真.通過(guò)對(duì)相同參數(shù)和工況下的4WS汽車與FWS汽車的頻域、時(shí)域的仿真結(jié)果對(duì)比分析表明:雖然兩者相位基本相同,但前者的橫

2、擺角速度波動(dòng)幅值和超調(diào)量等主要技術(shù)指標(biāo)明顯均優(yōu)于后者,穩(wěn)定性好. 運(yùn)用現(xiàn)代非線性動(dòng)力學(xué)理論、Hopf分叉理論對(duì)四輪轉(zhuǎn)向非線性動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了理論研究.主要分析了產(chǎn)生Hopf分叉的前提條件；運(yùn)用中心流形定理、Normal Form范式理論推導(dǎo)了系統(tǒng)的Hopf分叉范式；并根據(jù)Hopf分叉范式中的系數(shù)判斷了周期解的穩(wěn)定性.通過(guò)仿真驗(yàn)證了理論分析結(jié)果的正確性. 建立了基于外界干擾的二、三自由度汽車四輪轉(zhuǎn)向不確定性模型,并運(yùn)用魯棒

3、控制中H<,∞>控制理論對(duì)模型進(jìn)行了理論分析.通過(guò)迭代求解設(shè)計(jì)出了基于外界干擾抑制指標(biāo)的H<,∞>最優(yōu)控制器；實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)魯棒性能的增強(qiáng).運(yùn)用魯棒控制的H<,2>/H<,∞>混合控制理論,設(shè)計(jì)了基于干擾抑制指標(biāo)的H<,2>/H<,∞>最優(yōu)控制器.仿真計(jì)算結(jié)果表明控制效果良好,為四輪轉(zhuǎn)向控制器研制提供了理論依據(jù). 運(yùn)用ADAMS軟件,從整車多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的角度著手,建立了三軸四輪轉(zhuǎn)向汽車的ADAMS動(dòng)力學(xué)模型.對(duì)前輪轉(zhuǎn)角階躍輸入下該

4、模型的時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)仿真結(jié)果的分析表明,相同參數(shù)和工況下的4WS汽車操縱穩(wěn)定性指標(biāo)多優(yōu)于FWS汽車.通過(guò)研究汽車的整體參數(shù)對(duì)操縱穩(wěn)定性的影響,為4WS汽車設(shè)計(jì)方案優(yōu)化提供了理論依據(jù). 在上述研究工作的基礎(chǔ)上,分別對(duì)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析接口模塊和機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究分析,首次開(kāi)發(fā)出基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、在32位ARM處理器上運(yùn)行的汽車四輪轉(zhuǎn)向控制器.通過(guò)模型實(shí)驗(yàn)和樣機(jī)的測(cè)試均表明所研制的控制器提高了汽車四輪轉(zhuǎn)向的高速穩(wěn)定