基于降维观测器的4WS车辆滑模变结构控制.pdf

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1、·机械制造与研究·张煜晖，等·基于降维观测器的4WS车辆滑模变结构控制基于降维观测器的4WS车辆滑模变结构控制张煜晖，任祖平(东南大学机械工程学院，江苏南京211189)摘要：考虑车辆在极限运动工况下转向时的横摆运动、侧向运动以及侧倾运动的影响，建立以质心侧偏角、横摆角速度、侧倾角和侧倾角速度为状态变量的三自由度线性车辆模型。为了实现车辆线传操纵(steerbywire)，以车辆实际质心侧偏角和横摆角速度与理想模型的质心侧偏角和横摆角速度之间的误差作为控制器输入，建立滑模跟踪控制器。考虑到状态变量之一的质心侧偏角难以直接测量

2、，设计了降维观测器以重构车辆状态。仿真结果表明，降维观测器跟踪性能良好，准确的重构了车辆状态；与不受控制的前轮转向车辆相比，所设计的控制系统使车辆的动态特性和操纵性能有效提高。关键词：四轮转向；线传操纵；滑模控制；降维观测器中图分类号：TH12；U46文献标志码：B文章编号：1671-5276(2010)03-0006-03SlidingModeControlfor4WSVehicleBasedOilReduced．orderObserverZHANGYu—hui．RENZu-ping(SchoolofMechanicalE

3、ngineering，SoutheastUniversity，Nanjing211189，China)Abstract：Inviewoftheefectsofthevehicleyawmotion，lateralmotionandrolmotionunderultimatehandlingmaneuver，a3DOF，，__l、linearvehicledynamicsmodelwhichtakesthebodysideslipangle，yawrate，rollangleandrollanglevelocityasthes

4、tatevariablesispresented．Bytakingtheyawrateandbodysideslipangleerrorsbetweentheestimatedandtherealonesastheinputvariablesofthecontroller．amodel-followingslidingmodecontrolerisdesigned．andthesteerbywiresystemisbuilt．Thereduced—orderOb·serverisdesignedtoestimatetheve

5、hiclestatessincethebodysideslipangleisdificulttobemeasureddirectly．Simulationresultsshowthatthereduced-orderobserverrebuildsthevehiclestatesaccuratelyinaconsideredrangeofvehiclespeed．Thecontrolsys·temimprovesthedynamiccharacteristicandhandlingperformanceofthevehicl

6、ebycontrastwiththeonewithoutthecontroller．Keywords：four-wheelsteering(4WS)；steerbywire；slidingmodecontrol；reduced·orderobserver0前言1四轮转向车辆系统动力学模型建立包括横摆、侧向、侧倾运动在内的线性三自由度四轮转向车辆相较于传统二轮转向车辆能显著提高车辆模型。车辆在高速行驶工况下的安全性和低速行驶工况下的灵活性，是车辆主动底盘控制技术的重要组成部分。目前的+y)一一1研究工作集中在主动后轮转向和主动

7、四轮转向两类操纵方式。主动四轮转向，既所谓的线传操纵(steerby一i：：)，p一一R(1)wire)，驾驶员仅通过方向盘向转向控制器发出转向指令，转向控制器根据车辆状态以及转向指令，计算出前后：％(口+寸脚)，(卢一-&-R,)轮转向角，实现车辆转向。式中：为纵向速度；m为整车质量；为簧载质量；，￡，滑模变结构控制因其使系统在受到参数摄动和外干为质心至前后轴距离；为侧倾力臂；为簧载质量绕轴扰时具有很强的不敏感性，即系统具有极强的鲁棒性，而的转动惯量；为整车绕轴的转动惯量；，l：为惯性积；c，，得到学界的重视。基于线性二自

8、由度车辆建立理想参考分别为前后轴综合侧偏刚度；为前后悬架侧倾刚度之模型，以实际车辆实际状态的质心侧偏角、横摆率和理想和；C为前后悬架侧倾阻尼之和；为车身侧倾角；为质参考模型的相应状态之间的误差作为控制目标，设计滑模心侧偏角；y为横摆角速度；为侧倾角速度；，分别为控制器使控制对象系统的状态跟