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1、第34卷第5期拖拉机与农用运输车Vol.34No.52007年10月Tractor&FarmTransporterOct.,2007四轮转向与主动悬架系统集成控制研究夏长高,杨锡鹤(江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江212013)摘要:建立了四轮转向(4WS)和主动悬架的集成系统运动分析模型,研究了横向运动和垂直运动之间的关系以及主动悬架和转向之间的相互作用。以某汽车为对象,进行了集成系统的仿真研究,分析了作动器力大小、前后悬架刚度比等参数对汽车转向性能的影响。研究表明:与2WS相比,4WS能较好
2、地提高车辆转向行驶的安全性;4WS与主动悬架之间具有耦合作用,提高主动悬架作动器力的上限可在一定程度上提高转向的性能;采用4WS能减小主动悬架的能量消耗;较软的前悬架不但能够得到较好的乘坐舒适性,也能在一定程度上改善转向性能。关键词:4WS;主动悬架;集成控制中图分类号:U463.4;U463.33文献标识码:A文章编号:1006-0006(2007)05-0063-03IntegratedControlSystemof4WSandActive2suspensionofVehiclesXIAChan
3、g2gao,YANGXi2he(SchoolofAutomobileandTrafficEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China)Abstract:Asystemintegrated4WSwithactivesuspensionisestablishedtofindrelationsoflateralmotionandverticalmotionandinteractionofactivesuspensionand4WS.Takeacar
4、forexample,weanalyzetheeffectofactuatorsforceandsuspensiondistributionratetosteeringperformance.Comparingto2WS,integratedsystemwith4WShasremarkableeffect.Keywords:4WS;Fourwheelsteering;Integratedcontrol;Activesuspension汽车新技术发展到一定阶段要求底盘系统集成化,以便整合控·mv(β+
5、r)=Sf+Sr(1)制,达到优势互补,使汽车主动底盘的概念应运而生。四轮转向系统IzÛr=lfSf+lrSr(2)和主动悬架是汽车转向系和悬架系的两个典型新技术代表,主动悬式中Sf,Sr———前后轮胎侧偏力架的目标主要在于实现车辆乘坐的舒适性,而四轮转向系统则主要lf,lr———质心至前后轴的距离是针对车辆高速时的操纵稳定性。汽车在不平路面上,行驶车轮的m———整车质量跳动、车身的侧倾和俯仰对于轮胎的负载和侧偏角有着较大影响,而v———整车速度且主动悬架的结构参数变化也会对四轮转向的性能参数产生影
6、响。Iz———绕z轴的转动惯量本文将四轮转向系统和主动悬架进行集成,研究两者之间的关系和β———质心侧偏角相互作用。研究表明,这种集成系统能有效地改善车辆的操纵稳定r———横摆角速度性和乘坐的舒适性,并且更容易嵌入到底盘的控制系统中。车辆转向时,地面提供轮胎侧向力,侧向力大小可由轮胎的侧偏1车辆运动分析模型角、外倾角和垂直载荷变化值来计算。车辆在转向时受到路面的激1.1四轮转向系统模型励,这种激励使车辆的载荷和侧偏角发生改变,此外,车身侧倾也会[1～3]四轮转向系统的简化模型如图1所示。引起车轮外倾
7、角的变化。前后轮侧偏力值由式(3)～式(4)确定Sf=ρf(Δpf1+Δpf2)+2kfαf-2kγfγ(3)Sr=ρr(Δpr1+Δpr2)+2krαr-2kγrγ(4)式中ρf,ρr———每单位轮胎载荷变化引起的侧偏力的改变(下标f表示前轮,r表示后轮,下同),N/Nkf,kr———前后轮胎单侧的侧偏刚度,N/radkγf,kγr———前后轮胎单侧的外倾刚度,N/radΔpfi,Δpri———悬架平衡重力后的差值(i=1或2。1代表左轮,2代表右轮),Nγ———轮胎外倾角,rad图1四轮转向运动
8、模型αf,αr———前后轮胎的侧偏角,radFig.1FourWheelSteeringModellfαf=δf-β-γ(5)其运动方程为v收稿日期:2006-11-05·63·拖拉机与农用运输车第5期2007年10月l·α=δ-β+rγ(6)Δpr1=ur-ksr(z+lrθ+B2
