汽车主动前轮转向的控制策略研究

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1、中图分类号U461.3密级UDC汽车主动前轮转向的控制策略研究作者姓名魏杰学院名称机械与车辆学院指导教师林逸教授答辩委员会主席高峰教授申请学位工学博士学科专业车辆工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月11日ResearchoncontrolstrategyofvehicleActiveFrontwheelSteeringCandidateName：WeiJieSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:LinYiChair,ThesisCommittee：GaoFengDe

2、greeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：VehicleEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June11,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了

3、谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要转向系统是控制汽车行驶方向的重要系统。主动前轮转向技术是汽车转向系统的研究热点和发展方向。本文围绕主动前轮转向技术的控制目标，对主动前轮转向车辆的主动避障、车道保持、横摆稳定性控制策略进行了深入研究。同时，研究了主动前轮转向控制策略对电动助力转向的影响。具体的研究工作包括：（1）在原有电动助力转向系统的基础上，设计了新型的主动前轮转向系统。该系统通过一套双行星齿轮机构和助转角电机实现主动前轮转向。助转角电机可以产生纠正转角实现对车辆主动避障、车道保持和横摆稳定性的控制。原助力电机根据转向盘转矩和车辆行驶状态，输出助力

4、力矩，实现对驾驶员手力的调节。（2）为了实现车辆的主动避障和车道保持功能，基于模型预测控制理论，建立了非线性模型预测控制策略，并进行了低附着系数路面下的主动避障与连续避障仿真实验。实验结果表明，当驾驶员注意力分散，没有观察到道路上的障碍物时，控制器可以产生纠正转角，主动实现避障。当车辆完成避障之后，控制器不再产生纠正转角，将车辆的控制权交给驾驶员。（3）为了选择最优的避障路线，建立了双层模型预测控制策略，上层控制策略用来计算最优的避障路线，并将最优避障路线传递给下层控制策略，下层控制策略计算出最优的前轮转角和后轮制动力矩大小，并将最优值施加给实际车辆，实现对最优避障路线的

5、跟踪。（4）分析了主动前轮转向车辆的横摆失稳的原因。基于BP神经网络PID理论设计了横摆稳定性控制策略。仿真结果表明进行BP神经网络PID控制之后，车辆实现了对理想横摆角速度的准确跟踪。同时，质心侧偏角也小于不进行横摆稳定性控制的车辆的质心侧偏角。（5）基于模型预测理论，建立了主动前轮转向（AFS）和直接横摆力矩控制（DYC）集成控制策略，仿真结果表明，采用所设计的集成控制策略车辆可以准确的避让道路两侧的障碍物，车辆在主动避障与车道保持过程中的横摆稳定性得到了提高。（6）提出了主动前轮转向车辆的变传动比控制策略。在此基础上，仿真分析了变传动比规律对原电动助力转向系统的助力

6、特性、回正特性、阻尼特性的影响。考虑到主动前轮转向增加了转向系统的摩擦和惯性等因素，设计了摩擦、惯性补偿策略，并进行了仿真验证。I北京理工大学博士学位论文（7）开发了具有助力功能的主动前轮转向试验台，并在试验台架上进行了主动前轮转向系统变传动比功能的验证。利用加州大学伯克利分校现代汽车研究中心的试验车辆，对所设计的非线性模型预测控制策略进行了试验验证。关键词:主动安全；主动前轮转向；电动助力转向；模型预测控制；主动避障；车道保持；横摆稳定性II北京理工大学博士学位论文AbstractSteeringsystemisanimportantsystemtocontrolthe

7、runningdirectionofthevehicle.Activefrontwheelsteeringistheresearchhotspotanddevelopmenttrendofvehiclesteeringsystem.Thispaperfocusontheresearchofcontrolstrategiesaboutactiveobstacleavoidance、lanekeepingandlateralstabilityforactivefrontwheelsteeringvehicle,andtheeffe