基于模型车辆的四轮转向控制技术研究

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1、江苏大学硕士学位论文在实际应用上，4WS车辆的后轮主要采用以下几种控制方法。1)定前后轮转向比的4WS系统1985年，Sano等用线性模型研究4WS系统1111。定义K为前后轮转角之比。K值为正表示前后轮转动方向相同。K值为负表示前后轮转动方向相反。基本思路是通过K值的选择可以使稳态转向时质心侧偏角等于零。在低速时K为负值，可以减小转弯半径。在高速时K为正值，侧向加速度响应时间缩短，但其增益大幅减小。2)前后轮转向比是前轮转角函数的4WS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4WS车辆中采用了这种系统。该

2、系统同时具有同相位及反相位转向功能，但在高速且前轮转角较大时，后轮转角与前轮转角方向相反，会导致操纵稳定性极度恶化。这是该系统的一个明显的缺点，也是其没有得到广泛应用的原因。3)前后轮转向比是车速函数的4WS系统这种方法选择的前后轮转向角之比能够基本在所有车速范围内改善车辆的转向响应。其优于前述方法的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收的幅度上。4)具有一阶滞后的4WS系统这种转向系统设计既改善了车辆的稳态特性，又不牺牲瞬态响应时间特性。当车辆高速转向时，后轮的转动比前轮转动迟延一‘定的时间，当横摆

3、角速度或侧向加速度到达稳态值，后轮才开始转动。后轮转动时车辆的稳态侧偏角减小，并对其超调量等瞬态特性也有一定程度的改善。5)具有反相特性的4WS系统Nissan公司的TakaakiEguchi等在设计SuperHICAS系统【12】时对具有反相特性的4WS系统进行研究。其设计的着眼点在于同时改善车辆转向的稳态特性和瞬态特性。当车辆高速转向时，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，以改善车辆的稳态响应特性。6)前轮转向角比例前馈加横摆角速度比

4、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车辆转向的固有特性，又能改善车辆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车辆在车辆受到侧向风等外力作用时，由于后轮的主动控制，使车辆有一定的自律机制。将两种控制分式组合起来使用能极大提高车辆的转向特性，也称为后轮主动控制。4WS系统控制理论主要有以下几种：4江苏大学硕士学位论文1)PID控制这种控制方法不需要了解被控对象的数学模型，只需要根据经验对调节器进行调整，但只适用于线性系统，而且被控对象的参数变化比较敏感。2)最优控制最优控制方法

5、【131就是利用极值原理、最优滤波或动态规划等最优化方法来求解系统最优控制输入的一种设计方法。由于最优控制规律是建立在系统理想数学模型基础之上的，而实际的控制中往往采用降阶模型且存在多种约束条件，因此基于最优控制规律设计的控制器作用于实际的受控系统时，大都只能实现次最优控制。在车辆中，采用二次型指标的最优控制法。3)自适应控制自适应控制【14】主要应用于结构及参数具有严重不确定性的振动系统，大致可分为自适应前馈控制、自校正控制和模型参考自适应控制三类。其控制作用能随被控对象的数学模型参数的变化而相应变化，使系统在模型参数改

6、变时仍具有令人满意的结果，鲁棒性高。4)鲁棒控制虽然自适应控制可用于不确定性振动系统，但自适应控制本身并不具备强的鲁棒性。鲁棒控制【151设计选择线性反馈律，使得闭环系统的稳定性对于扰动具有一定的抗干扰能力。fk控制是设计控制器在保证闭环系统各回路稳定的条件下使相对于外界干扰的输出取极小的一种优化控制法。它将鲁棒性直接反映在控制性能指标上，设计出的控制律具有其他方法无可比拟的稳定鲁棒性。本文将鲁棒控制理论应用于4WS的控制研究，揭示了所提出的控制策略的可行性。5)智能控制模糊控制作为智能控制的重要分支，它不仅能提供系统的客

7、观信息，而且可将主观经验和直觉纳入控制系统，为解决不易或无法建模的复杂系统控制问题提供了有力的手段。神经网络系统是指利用工程技术手段模拟人脑神经网络的结构和功能的一种技术系统，具有自组织、自学习功能，对于非线性具有很强的逼近能力。4WS控制系统的研究经过多年的努力，已取得了很多成果，几乎所有最新的现代控制理论均应用到了4WS的控制研究中，4WS系统能有效地提高低速时的机动性和高速时的操纵稳定性，从心理和体力上减轻驾驶员的负担。4WS对小侧偏角时的控制非常有效，随着侧向加速度的上升，轮胎特性进入非线性状态，给控制系统的设计带

8、来很大困难，这就要求有更先进的控制理论作指导。1．3本课题研究内容由于现有的4WS应用相当的少，很多处于理论研究阶段，并且基本上都是5江苏大学硕士学位论文进行模型建立和仿真研究，很少进行实车试验。所以本课题提出使用1／10模型牟辆搭建模型车辆4WS试验系统，在此基础上设计4WS最优控制器并通过试验进一步