四轮转向汽车操纵稳定性分析与模糊控制的研究

论文摘要

汽车四轮转向技术的优越性：通过汽车前后轮的同向偏转,改善汽车的瞬态响应,增强汽车高速行驶时操纵稳定性,提高高速转弯时的安全性能；通过前后轮反向偏转,减少低速转弯时的转弯半径,提高汽车操纵灵活性。首先,本文阐明了4WS汽车转向原理与转向特性,参考经典4WS汽车两自由度数学模型以及三自由度数学模型,推导两自由度4WS汽车横摆角速度、质心侧偏角响应；进一步对比分析前后轮比例控制四轮转向汽车与二轮转向汽车在时域和频域内的转向特性,验证了四轮转向汽车高速稳定、低速灵活的特性。其次,通过对ADAMS/CAR内部模块以及根据已知四轮转向汽车结构参数进行修改,建立了后轮转向系统与前轮转向系统以及横摆角速度的函数控制关系,从而建立4WS汽车整车虚拟样机模型；在虚拟样机模型基础上,仿真分析了4WS汽车的瞬态特性、稳态特性、轮胎侧偏刚度对转向性能的影响。再次,利用MATLAB的Fuzzy Logic Toolbox工具箱建立后轮转角模糊控制器；通过ADAMS/control把MATLAB/Simulink中控制模型与ADAMS/car中虚拟样机模型进行联合仿真,并对比分析2WS虚拟样机、比例控制4WS数学模型、横摆角速度反馈控制4WS汽车虚拟样机与模糊控制4WS汽车虚拟样机的转向特性,结果表明,模糊控制下4WS虚拟样机具有较好的鲁棒性和操纵稳定性。最后,对四轮转向技术(4WS)与车辆动态控制技术(VDC)的集成进行研究,结果表明,4WS技术与制动转向技术相结合,可以减小四轮转向汽车高速转弯时的转弯半径,增强高速转弯时的灵活性,提高4WS汽车的整体综合性能；并指出了4WS与现在先进汽车电子技术相结合是4WS技术未来新的发展方向,具有很大的发展空间和工程实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究四轮转向的目的和意义
• 1.2 四轮转向及控制技术的研究状况
• 1.2.1 四轮转向国外研究情况
• 1.2.2 四轮转向国内研究情况
• 1.2.3 目前国内外新兴起的四轮转向控制技术
• 1.3 虚拟样机技术与车辆系统仿真技术的发展
• 1.3.1 虚拟样机技术的发展
• 1.3.2 车辆系统仿真技术的发展
• 1.4 ADAMS多体动力学理论简介
• 1.4.1 ADAMS软件简介
• 1.4.2 ADAMS动力学建模与求解过程
• 1.5 论文研究的整体思路与技术路线
• 1.5.1 本论文的研究思路
• 1.5.2 本论文研究的技术路线
• 1.6 本章小结
• 第2章 4WS汽车特性分析及数学模型建立
• 2.1 四轮转向汽车的转向特性分析
• 2.1.1 阿克曼定理基本原理
• 2.1.2 四轮转向汽车低速时的转向特性
• 2.1.3 四轮转向汽车中高速时的转向特性
• 2.1.4 四轮转向驱动方式
• 2.1.5 四轮转向汽车与传统二轮转向汽车转弯比较
• 2.2 汽车数学模型的建立与动力学分析
• 2.2.1 二自由度二轮转向汽车数学模型建立
• 2.2.2 二自由度四轮转向汽车数学模型建立
• 2.2.3 三自由度四轮转向汽车数学模型
• 2.3 四轮转向汽车响应特性分析
• 2.3.1 横摆角速度响应特性
• 2.3.2 质心侧偏角响应特性
• 2.4 四轮转向汽车时域与频域特性仿真分析
• 2.4.1 二轮转向与四轮转向汽车Simulink模型的建立
• 2.4.2 时域响应特性仿真分析
• 2.4.3 频域响应特性仿真分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 4WS汽车虚拟样机模型建立
• 3.1 ADAMS/CAR环境变量的设置
• 3.2 后悬架与后转向系统模型的建立
• 3.2.1 后悬架模型的建立
• 3.2.2 后转向系统的建立
• 3.3 轮胎模型与路面模型的建立
• 3.3.1 轮胎模型的建立
• 3.3.2 路面模型的建立
• 3.5 车身模型建立
• 3.6 整车模型装配
• 3.7 本章小结
• 第4章 4WS汽车虚拟样机操纵稳定性分析
• 4.1 汽车稳定性评价方法及研究的理论基础
• 4.1.1 汽车稳定性评价方法
• 4.1.2 汽车稳定性研究的测试方法
• 4.2 四轮转向汽车稳定性仿真试验
• 4.2.1 四轮转向汽车瞬态特性仿真分析
• 4.2.3 四轮转向汽车稳态回转试验
• 4.2.4 四轮转向汽车轮胎侧偏刚度对转向特性的影响
• 4.5 四轮转向汽车侧风干扰下理论分析
• 4.5.1 汽车侧风力描述
• 4.5.2 侧风作用下二自由度4WS汽车动力学分析
• 4.6 四轮转向汽车高速侧风仿真分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 模糊控制下4WS虚拟样机的特性研究
• 5.1 ADAMS/CAR与MATLAB/SIMULINK耦合仿真环境
• 5.3 四轮转向系统模糊控制器的设计
• 5.3.1 模糊控制器结构的选择
• 5.3.2 模糊控制参数的设置
• 5.3.3 模糊规则的选择与模糊推理
• 5.3.4 模糊控制器模糊化和反模糊化方法
• 5.3.5 模糊控制算法程序的编写
• 5.4 模糊控制下4WS车辆仿真分析
• 5.4.1 模糊控制下4WS联合仿真模型的建立
• 5.4.2 模型控制与横摆角速度反馈控制下4WS特性对比分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 4WS技术与动态控制技术集成研究
• 6.1 动态控制理论分析
• 6.2 二轮转向动态控制系统分析
• 6.3 四轮转向系统与动态控制的集成
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文