基于二自由度车辆模型的前照灯转向控制仿真分析.pdf

《基于二自由度车辆模型的前照灯转向控制仿真分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、422012年l1月中国制造业信息化第4l卷第2l期基于二自由度车辆模型的前照灯转向控制仿真分析关志伟，郑明锋(天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津300222)摘要：研究在不同转向车速下的汽车前照灯转角优化问题，首先在车辆二自由度模型的基础上建立了前照灯转向模型，应用线性二次优化理论对前照灯转角进行优化；其次在MATLAB／Simulink中对模型进行了仿真分析；最后根据所得的结果利用Proteus软件进行AFS的硬件设计与仿真。通过Proteus的仿真结果表明，所设计的电路合理，前照灯转动的角度与预期的一致，证明了所建立的车辆模型和转向灯模型是正确的。关键词：动力学模

2、型；随动前照灯；单片机；仿真中图分类号：TP391．9文献标识码：A文章编号：1672—1616(2012)21-0042一o4自适应转向前照灯系统(AdaptiveFront—1前照灯随动转向动力学模型的建lightingSystem，AFS)的出现弥补了汽车在夜间照模与仿真明的安全性，随着科学技术的进步，AFS更加的智1．1车辆二自由度模型能化，不仅在夜问转弯时进行随动转向，而且在阴要将车辆模型参数正确地体现在AFS对前照雨天气、城市、高速、郊区等各种路况下都有相应的灯转角的控制，首先应建立车辆二自由度模型。图照明方式，与GPS等其他系统结合在一起，使用1(a)所示为考虑

3、左右前照灯转角参数的二自由度LED等技术是AFS的未来发展趋势⋯。AFS工作汽车模型，这里以汽车模型向左转弯作为研究对的基本原理是AFS模块接收来自方向盘的转角和象，先将整车简化为2个车轮，。，，6分别为左、ABS的车速(通常是经过车载总线传输)数据，然右和简化的前轮转角；，分别是车速在，Y轴上后AFS模块根据嵌入的数据进行处理后得出前照的分量；是和轴的夹角。汽车的简化二自由灯应转过的角度，驱动2个前照灯的步进电机转动，从而实现随动转向。度模型为：目前对于AFS的研究，考虑车辆动力学特性(+k2)／3一(my，一)(￡，一kl6：舢(1)的研究较少。车辆在转弯行驶时，车辆的动

4、力学参数(包括横摆角速度、质心侧偏角)会随着时间变(。一bk2)／3+一ak=(2)化，这些参数的变化必然会对前照灯转角产生一定影响，即前照灯转角模型应包含车辆动力学参数。=+=卢+(3)本文在MATLAB／Simulink中进行了基于车辆二自式中：m为汽车的质量；为车轮绕z轴的转动惯由度动力学模型的仿真，在车辆模型的基础上进行量；，k：分别为前轮和后轮的侧偏刚度。了线性二次最优控制，有效地减少了前照灯的转角1．2前照灯转角模型最大值和波动值，并考虑左右前照灯的关系，最后在MATLAB中得到前照灯的转角。在此研究的基前照灯转角模型如图1(b)所示，由几何关系础，设计了一个AF

5、S的单片机仿真平台，通过矩得到：阵键盘输入车速和方向盘转角，AFS的计算模块驱n~：。i—Ssi．(／3+：盯。inSsi动左右步进电机转过相应的角度。系统采用C语—————7兰一)4n+言编程，通过Keil编译得到HEX文件，再导入到对于制动距离S有：Proteus中进行运行仿真。收稿日期：2012一o4—13作者简介：关志伟(1970一)，男(满族)，吉林蛟河人，天津职业技术师范大学教授，博士，主要研究方向为车辆动力学仿真与控制。2012年11月中国制造业信息化第4l卷第2l期2AFS的工作特性及系统硬件电路MOTOR—STEPPER作为前照灯步进电机，RESPACK一8

6、为上拉电阻，ULIN2003A为驱动电设计路，AT89C51的P0口与P2口分别控制2个显示屏2．1AFS的工作特性的显示，上拉电阻的作用是防止电流过载。P1口根据前文中建立的二自由度车辆模型、前照灯与矩阵键盘相连，作为输入控制端口。P1．4～转角模型以及左右前照灯的转角关系模型，经过仿P1．7口作为右步进电机控制端。P3．0～P3．3口作真优化得到汽车前照灯转角与车速、前轮转角的关为左步进电机控制端。最后得到整个AFS的硬件系，并在MATLAB中将仿真计算结果导入Work-原理图，如图3所示。space模块，得到稳态的数值解。以该数据为基础，基于Proteus软件对AFS控

7、制系统进行仿真。在图2的仿真结果中，由于受到步进电机转角的限制，封不可能达到理想曲线中如此精确的度数，现实中也允许存在一定的角度误差，考虑各种现实因素并经封过分析、化简，最终确定前照灯的随动转向的依据]。本文在Proteus中设置步进电机为四相四A。且。。。拍，步进角为1．8。，根据步进电机的转角特点，将且。皇。吼蝗圭左步进AFS的旋转角度化为步进电机的步数，见表1、表瞄誓磐吼2表1AFS左转向时左转向灯睦二右]，鍪步进不同车速下对应步进电机旋转步数图3基于Proteus设计的AFS硬件原理图3AFS的