四轮转向汽车最优转向控制探究

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1、四轮转向汽车最优转向控制探究　　摘要：为了充分发挥四轮转向技术在改善汽车操纵稳定性方面的优势，对汽车转向的理想状态进行了分析，构建了理想转向模型。依据具有二次型性能指标的最优控制理论，以汽车转向理想模型作为跟踪目标，采用基于状态反馈和前轮前馈的控制策略，对四轮转向汽车后轮转向控制规律进行了研究。利用Matlab工具，对所提出的后轮转向最优控制方法进行了仿真。仿真结果表明：所设计的后轮转角最优控制器改善了汽车转向的瞬态与稳态响应特性，其瞬态响应的超调量减少，稳定时间缩短；侧向滑移的稳态值有所降低，从而提高了汽车转向的操纵稳定性。关键词：汽车；四轮转向（4WS）；最优控制；仿真；操

2、纵稳定性中国分类号：U273文献标志码：A1引言随着现代道路交通系统和汽车技术的发展，汽车行驶的速度不断提高，高速行驶的安全问题日益突出。汽车在高速行驶下进行车道变换、超车、弯道行驶时，减少车身侧偏，提高汽车安全性成为现代汽车亟待解决的问题。四轮转向（4WS）作为一项有效的汽车主动安全技术近年来已有了很大的发展，4一些成熟技术在高档车上已得到应用。4WS汽车通过后轮直接参与对汽车侧向及横摆运动的控制，不仅减少了转向力产生的滞后，而且能独立地控制汽车的运动轨迹与姿态，使汽车的方向角与姿态角重合，改善了汽车高速时的操纵稳定性和低速时的机动灵活性[1]。本文根据具有二次型性能指标的线

3、性跟踪问题最优控制理论，基于汽车状态反馈和前轮前馈，简单介绍4WS汽车转向控制规律[2-3]。24WS汽车动力学模型的建立目前有关4WS汽车的研究大部分使用包含横摆角速度和质心侧偏角的线性二自由度单轨自行车模型。理论和试验都证明，在正常车速范围的非紧急状态（低侧向加速度）和小转向角的情况下，该模型能以较好的精度表征车辆转向的实际物理过程，基于它们设计的控制器能够正常工作[4]。建模时作如下假设：忽略悬架系统和转向机构的影响，直接以前轮转角作为输入；不考虑加减速过渡工况，认为转向时汽车行驶速度u大小保持不变；忽略汽车的侧倾与俯仰运动，认为汽车只作平行于地面的平面运动，则汽车只有沿

4、Y轴的侧向运动与绕Z轴的横摆运动两个自由度[5-6]。从图2可看出，最优控制汽车质心侧偏角稳态值为（约为-3.4°），相对于前轮转向汽车稳态值（-5°）减小，且无瞬态振荡超调；对于横摆角速度，最优控制汽车稳态值为，接近前轮转向汽车稳态值（4），且超调量减少，上升时间及稳定时间缩短，瞬态振荡减弱。仿真结果表明：相对于前轮转向汽车，最优控制4WS汽车在保证驾驶人驾驶感觉变化不大的情况下，减少了汽车侧滑，改善了汽车瞬态响应，转向运动更加平稳，提高了汽车的操纵稳定性。5结束语建立了二自由度的四轮转向汽车的数学模型，并在MATLAB/Simulink环境下搭建了仿真模型，同时求得了基于最

5、优控制的四轮转向汽车的状态变量反馈增益矩阵和前轮转角前馈增益矩阵。通过仿真实验验证了四轮转向汽车最优转向控制策略能够很好的改善汽车侧向动力学特性，减少了转向时瞬态响应的超调量，缩短了稳定时间，使汽车转向更加平稳。相对于前轮转向汽车，基于最优控制的四轮转向汽车在保持转向灵敏度（横摆角速度稳态增益）变化不大的情况下，减小了汽车侧滑，纠正了车身姿态，并保证了转向灵敏度的一致性，而且在根本上提高了汽车操纵稳定性。参考文献[1]游学兵，杨峰，黄红霞.汽车四轮转向操纵稳定性的研究及发展[J].农机化研究，2005（3）.[2]胡寿松.自动控制原理[M].北京，科学出版社，2001：77-3

6、3.[3]施阳.MATLAB语言精要及动态仿真工具SIMULINK[M].西安：西北工业大学出版社，1999.4.4[4]李普，陈南，孙庆鸿.4轮转向车辆主动鲁棒抗侧倾操纵研究[J].汽车工程，2004，26（5）：560～563.[5]袁忠诚.轮胎稳态侧向半经验模型的研究[D].长春：吉林大学，2003.[6]屈求真，刘延柱，张建武.四轮转向汽车自适应模型跟踪控制研究[J].汽车工程，2002，22（2）：73-76.[7]吕彭民，和丽梅，尤晋闽.基于舒适性和轮胎动载的车辆悬架参数优化[J].中国公路学报，2007，20（1）：112-117.[8]何仁，李强.汽车线控转向技

7、术的现状与发展趋势[J].交通运输工程学报，2005，5（2）.[9]陈燕，刘晶郁，陈少华等.横摆角速度反馈对车辆操纵稳定性的影响[J].长安大学学报：自然科学版，2006，26（6）：99-101.[10]舒进，陈思忠.四轮转向车辆运动计算分析[J].湖北汽车工业学院学报，2002，16（3）：1-5.4