基于模糊控制的4ws

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1、基于模糊控制的4WS白传栋1　徐兴虎2（1.北方工业大学机电工程学院，中国北京100144；2.哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001）【摘　要】本文描述了一种结合轮胎纵向滑移率和横向侧偏角的汽车运动联合控制方法，针对汽车整车动力学模型具有很强的非线性特性及执行器约束等，建立模糊控制系统实现对整车运动的稳定性控制，并针对四轮独立驱动和四轮转向汽车的执行器可独立控制的特点，给出各个车轮侧偏角和纵向滑移率的期望值，从而满足执行器约束及整车在纵向、横向和横摆三个自由度的稳定。通过仿真表明，当

2、路面发生变化或执行器自身发生故障，汽车运动联合控制系统可以通过控制器的规则库迅速进行自我调整，与比例控制器和单独的滑移率控制系统相比，联合模糊控制系统车辆可操纵性和稳定性较好，具有更优的跟踪性能，及在紧急工况下具有更快的处理速度和更佳的驾驶稳定性。.jyqkulink环境下搭建了车辆模型，采用TNO团队设计的轮胎动力学模型作为轮胎模型，并使用Fuzzylogic模块设计模糊控制器及模糊规则库。针对车辆加速，转向等工况下突然执行器故障或者路面附着系数下降的情况进行了仿真。仿真系统中的参数表如表3所

3、示。3.1　直行加速工况车辆从起车加速至20km/h的纵向速度行驶，20s时模拟驾驶员踏下加速踏板，车辆开始加速，50s时在左前轮引入附加故障，卡死故障和车轮打滑的工况。为了对比效果，选用本文所提到的滑移率和侧偏角联合模糊控制(binedfuzzycontroller,CC)，滑移率模糊控制(slipfuzzycontroller,SC)和平均分配驱动力矩的比例控制(Proportioncontroller,PC)三个控制系统。其中附加故障是在驱动电机上引入-150NM的附加扭矩，卡死故障为驱动

4、电机输出扭矩卡死在200NM的驱动状态，车轮打滑为车轮行驶过程中由附着系数由0.9的路面突然驶入一段附着系数为0.2的冰面。以下为仿真曲线图，参考值标记为RV(Referencevalue)。3.1.1　附加故障通过图3-5的仿真结果可以看出，本文所设计的系统中在车辆发生故障或者外界环境发生变化后依然能保持实际状态与理想状态间的误差较小，并没有出现横摆失稳的情况，对于系统的重构速度非常快；纯纵向滑移率控制系统在纵向方向的跟踪效果还是比较理想的，但是横摆率也能维持在一个稳定值处，但是由于横向速度没

5、有进行控制，因此与期望的运行轨迹上有一定的差距。平均分配驱动力的控制系统在系统未发生改变的阶段跟踪性能良好，但发生故障或者外界环境发生变化后横摆和横向运动都与期望的运行轨迹相差较大，卡死故障和车轮打滑的情况下仅勉强维持纵向运动的，在附加故障系统中甚至出现了严重甩尾的现象。3.2　转向工况车辆从起车加速至20km/h的纵向速度行驶，40s时模拟驾驶员方向盘输入，60s时向相反方向引入方向盘输入，80s时回正方向盘。50s时在左前轮引入附加故障，卡死故障和车轮打滑的工况。与上一节相同，采用联合模糊控

6、制系统，滑移率模糊控制系统和平均分配总驱动力矩的比例控制系统进行对比。3.2.1　附加故障3.2.2　卡死故障3.2.3　车轮打滑（c）横摆率变化曲线通过图6-图8的仿真结果可以看出，本文所设计的系统中在车辆发生故障或者外界环境发生变化后依然能保持实际状态与理想状态间的误差较小，并没有出现横摆失稳的情况，对于系统的重构速度非常快；纯纵向滑移率控制系统在纵向方向的跟踪效果和联合控制系统基本一致的，横摆率也能维持在一个稳定值处，但是由于横向速度没有进行控制，打滑工况下最终能够保持直行，卡死故障和附加

7、故障与期望的运行轨迹上有较大的差距。平均分配驱动力的控制系统在系统未发生改变的阶段跟踪性能良好，但发生故障或者外界环境发生变化后横摆和横向运动都与期望的运行轨迹相差较大，卡死故障和车轮打滑的情况下仅勉强维持纵向运动的，在附加故障系统中甚至出现了严重甩尾的现象。4　结论本文根据4ultiparametricNonlinearProgramming[C]//Proceedingsofthe2005AmericanControlConference.Portland,2005:453-458.［责任编

8、辑：薛俊歌］