汽车四轮独立转向稳定性控制策略研究
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ａｎｄ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｒｓｉｍ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｗｅｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ．Ｉｎ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｔｈｅ ｅｅｎｔ ｒｏｉｄ ｓｉｄｅｓｌｉｐ ａｎｇｌｅ ａ ｎ ｄ ｙａｗ ｒａｔｅ
ｏｆ ｍｕｈｉ－ｄｅｇｒｅｅ－ｏｆ－ｆｒｅｅｄｏｍ ｗｈｏｌｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｍｏｄｅｌ ａｒｅ ｃｌｏｓｅ ｔｏ ｉｄｅａｌ ｓｔａｔｅ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｃｋｅｒｍａｎ ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｆｕｚｚｙ ｆｅｅｄｂａｃｋ＂ｓ ｆｏｕｒ－ｗｈｅｅｌ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ ｊｏｉｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔ ｒａｔｅｇ ｙ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｈｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ． ＫＥＹＷ ＯＲＤＳ：Ａｃｋｅｎｎａｎ＇ｓ ｔｈｅｏｒｅｍ ；Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ；Ｆｕｚｚｙ ｆｅｅｄｂａｃｋ；Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ；Ｈａ ｎ ｄｌｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉ－
针对上述研 究存 在的不足 ．本文 推导并建 立 了四轮 独立 转 向模 型 ，建立 了线性 二 自由度 四轮 转 向理想参 考模 型 ；利
用 ｃａｒｓｉｍ参 数化建模 ，建立 了多 自由度 整车 模型 ：并 以质心
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｆｏｕｒ－Ｗ ｈｅｅｌ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍ ｏｂｉｌｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ＣＨＥＮ Ｚｈｅ－ｍｉｎｇ，ＺＨＯＵ Ｐｅｎｇ，ＣＨＥＮ Ｂａｏ，ＦＵ Ｊｉａｎｇ－ｈｕａ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１３２０，Ｃｈｉｎａ）
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１ 引言
策 略实 现对 比例系数 Ｋ值 的精确 控制 ，但这些方法都 没考虑
针 对传统 的两 前轮转 向系统存 在汽 车在低 速时转 向灵 车辆转 向运动协调性 ｌ】 ］。也 有部分 学者考 虑阿克 曼定 理 ，
敏度 低 、机动性 差 ，高速 时转 向灵 敏度搞 、机 动性差 的缺 点 。 以线性 二 自由度 理想模型作为跟踪 目标 ．建立 阿克曼前 馈控
第３５卷 第７期
文 章 编 号 ：１００６—９３４８（２０１８）０７—００９３—０５
计 算 机 仿 真
Байду номын сангаас
２０１８年７月
汽 车 四轮 独 立 转 向稳 定 性 控 制 策 略研 究
陈哲 明 ，周 鹏 。陈 宝 ，付 江华
（重庆理工 大学车辆 工程学 院，重庆 ４０１３２０）
摘要 ：为深入研究 四轮独立转向对汽车操纵稳定性 与运动 协调性 的影 响，考虑阿 克曼转 向定 理 ，推导 出各车 轮问转 向角关 系 ，并建立 阿克 曼定理 的四轮 独立转 向模 型；建立线性二 自由度 四轮转 向理想参考 模型 ；利用 ｃａｒｓｉｍ建立 多 自由度整 车模 型。提出一种前馈 采用阿克曼定 理 ，反馈采用模糊控 制的四轮独立转 向联合控制策略 ，设计方 向盘斜坡转 向输入工况 ，通 过 Ｃａｒｓｉｍ与 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ进行联合仿真 ，仿真结果表明 ，多 自由度整车模型 的质心 侧偏角 与横摆 角速度都 能接近理 想状态 。设 计 的阿克曼前馈与模糊反馈的 四轮独立转 向联合 控制策略即实现了车辆 转向的运动协 调性 ，又改善 了车辆操纵稳定性 。 关键词 ：阿克曼定理 ；独立转向 ；模糊 反馈 ；运动协调性 ；操 纵稳定 性 中 图 分 类 号 ：Ｕ４６２ 文 献 标 识 码 ：Ｂ
近年来 ，关于 四轮独立转 向对 提高汽车操纵稳 定性 的研究 不 断深入 。
国内某些学 者采 用前后轮 比例转 向 。保证 汽车在任何 车 速下转弯行驶 ，稳态 质心侧 偏 角能 回零 ，并 设 计 了各种控 制
制 器 ，实现对整车 的控制 ，该 方法 虽然兼 顾 了车辆 转 向的运 动 协 调 性 ，但 对 理 想 模 型 跟 踪 效 果 并 不 理 想 ＿４］。
ＡＢＳＴＲＡＣＴ ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｅｅｐｌｙ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｆｏｕｒ—ｗｈｅｅｌ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｈａｎ— ｄｌｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ Ａｃｋｅｒｍａｎ＇ｓ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ ｔｈｅｏｒｅｍ ， ｔｈｅ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ．ａｎｇｌｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ— ｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｗｈｅｅｌｓ ｗｅｒｅ ｄｅｒｉｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｆｏｕｒ－ｗｈｅｅｌ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ａｅｋｅｒｍａｎ Ｓ ｔｈｅｏｒｅｍ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｔｗｏ－ｄｅｇｒｅｅ－ｏｆ－ｆｒｅｅｄｏｍ ｆｏｕｒ－ｗｈｅｅｌ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｄｅｇｒｅｅ－ｏｆ－ｆｒｅｅｄｏｍ ｖｅｈｉｃｌｅ ｍｏｄｅｌ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａ ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇ ｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｅｋｅｒｍａｎ Ｓ ｔｈｅｏｒｅｍ ａ ｎ ｄ ａ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ ｗｈｅｅｌ ｓｌｏｐｅ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，
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策 略实 现对 比例系数 Ｋ值 的精确 控制 ，但这些方法都 没考虑
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文 章 编 号 ：１００６—９３４８（２０１８）０７—００９３—０５
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２０１８年７月
汽 车 四轮 独 立 转 向稳 定 性 控 制 策 略研 究
陈哲 明 ，周 鹏 。陈 宝 ，付 江华
（重庆理工 大学车辆 工程学 院，重庆 ４０１３２０）
摘要 ：为深入研究 四轮独立转向对汽车操纵稳定性 与运动 协调性 的影 响，考虑阿 克曼转 向定 理 ，推导 出各车 轮问转 向角关 系 ，并建立 阿克 曼定理 的四轮 独立转 向模 型；建立线性二 自由度 四轮转 向理想参考 模型 ；利用 ｃａｒｓｉｍ建立 多 自由度整 车模 型。提出一种前馈 采用阿克曼定 理 ，反馈采用模糊控 制的四轮独立转 向联合控制策略 ，设计方 向盘斜坡转 向输入工况 ，通 过 Ｃａｒｓｉｍ与 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ进行联合仿真 ，仿真结果表明 ，多 自由度整车模型 的质心 侧偏角 与横摆 角速度都 能接近理 想状态 。设 计 的阿克曼前馈与模糊反馈的 四轮独立转 向联合 控制策略即实现了车辆 转向的运动协 调性 ，又改善 了车辆操纵稳定性 。 关键词 ：阿克曼定理 ；独立转向 ；模糊 反馈 ；运动协调性 ；操 纵稳定 性 中 图 分 类 号 ：Ｕ４６２ 文 献 标 识 码 ：Ｂ
近年来 ，关于 四轮独立转 向对 提高汽车操纵稳 定性 的研究 不 断深入 。
国内某些学 者采 用前后轮 比例转 向 。保证 汽车在任何 车 速下转弯行驶 ，稳态 质心侧 偏 角能 回零 ，并 设 计 了各种控 制
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ＡＢＳＴＲＡＣＴ ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｅｅｐｌｙ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｆｏｕｒ—ｗｈｅｅｌ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｈａｎ— ｄｌｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ Ａｃｋｅｒｍａｎ＇ｓ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ ｔｈｅｏｒｅｍ ， ｔｈｅ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ．ａｎｇｌｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ— ｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｗｈｅｅｌｓ ｗｅｒｅ ｄｅｒｉｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｆｏｕｒ－ｗｈｅｅｌ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ａｅｋｅｒｍａｎ Ｓ ｔｈｅｏｒｅｍ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｔｗｏ－ｄｅｇｒｅｅ－ｏｆ－ｆｒｅｅｄｏｍ ｆｏｕｒ－ｗｈｅｅｌ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｄｅｇｒｅｅ－ｏｆ－ｆｒｅｅｄｏｍ ｖｅｈｉｃｌｅ ｍｏｄｅｌ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａ ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇ ｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｅｋｅｒｍａｎ Ｓ ｔｈｅｏｒｅｍ ａ ｎ ｄ ａ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ ｗｈｅｅｌ ｓｌｏｐｅ ｓｔｅｅｒ ｉｎｇ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，