六-轮式车辆期望横摆角速度和侧偏转向控制方法

广西工学院毕业设计（外文）

翻译

英文原文名Desired yaw rate and steering control method during cornering for a six-wheeled vehicle

中文译名六轮式车辆期望横摆角速度和侧偏转向控制方法

系别汽车工程系

专业班级交Y081班

学生姓名XXX

指导教师XXX

填表日期

二〇一一年9月

译文：

六-轮式车辆期望横摆角速度和侧偏转向控制方法.

1）机械与宇航工程学院，汉城国立大学，汉城151-744，韩国

2）电脑辅助机械设计工程，大津大学，Gyoenggi 487-711，韩国

3），大田305-600，韩国国防发展局5-3-3集团

摘要:

本文提出了一种最优控制理论为基础，以改善六轮式车辆在转弯时的操作稳定性为目标转向控制方法。六轮式车辆，相信比四个轮子的车辆在其跨越障碍的能力,越野性能和当一个或两个轮胎刺破时故障安全处理方面有更好的性能表现。虽然人们研究和开发许多方法来提高四轮车辆的横向稳定性，但六轮式车辆的横向稳定性方面的研究比较少。近年来一些六轮式车辆的研究已经报道，但它们是有关用四轮汽车的横摆角速度去控制六轮车辆的转向。在本文中，通过侧滑角和横摆角速度的控制以提高转弯时的操作稳定性，提出了适合六轮式车辆所需的横摆角速度。此外，设计了带有6个独立控制驱动马达和六个独立控制的转向私服马达的按比例缩小的汽车模型。所提出的控制方法性能是可以通过一个完整的模型的车辆仿真模拟和按比例缩小的车辆实验验证的。

关键词：六轮式车辆的横向稳定性，所需的横摆角速度，按比例缩小的车辆

1. 引言

一个独立的6WD（四轮驱动）/ 6WS（转向轮）机制在特殊的用途的、军事的装甲车得以应用，以加强其转向性能和越野驱动能力。六轮式车辆，相信比四个轮子的车辆在其跨越障碍的能力,越野性能和当一个或两个轮胎刺破时故障安全处理方面有更好的性能。为了一个六轮车辆在转弯时达到最好的可操作性，中间及后轮转向角度根据前轮的转向和六轮式车辆的速度角度，需要加以控制。

许多方法已被研究，并积极开发，使四轮车辆的横向稳定性得到大大地提（Zanten，1998；Nagai et al，1999；Nagai etal.2002；Shino et al.2001；Shibahata.1992；Song etal.2007）。然而，只有少数研究六轮式车辆的横向稳定性。Huh et al.（2000

年），设置中间车轮转向角度，前轮转向角的一半和控制的后轮转向角度，以尽量减少六轮车辆的侧滑角。杰克逊和克罗拉（2002）提出的横摆角速度控制方法，使用直接横摆力矩控制（DYC）六轮式车辆在转弯时的稳定性提高。 Chen et al.（2006年），使用积分控制的LQR（线性二次型调节）技术实现了中间、后轮转向角度的控制。An et al.（2006年）在前轮转向角度和速度的基础上使用积分控制的LQR（线性二次型调节）技术实现了前、中间、后轮转向角度的控制。然而，他们用的四轮车辆所需的横摆角速度控制在转弯时的六轮汽车的操纵。在这项研究中没有考虑中间轮的效应来影响控制目标。

在本文中，通过对侧滑角和横摆角速度的控制提高了独立控制六个轮子的转向角度转弯过程中的操控性。提出所需适合六轮式车辆的横摆角速度作为控制目标。此外，还设计按比例缩小的车辆来评估所提出的控制方法。按比例缩小的车辆有六个驱动器电机和六个转向马达可以独立控制。按比例缩小的车辆配备了微控制器和两个光学鼠标，使得它可以控制车辆运动和测量车辆的速度和横摆角速度。

使用完整的模型汽车模拟结果和按比例缩小的汽车实验结果验证所提出的控制方法的性能。

2.整车模型

图1 六轮式车辆的整车模型

在本文中，一个六轮的车辆是仿照作为一个18度的自由度（DOF）对象。完整的车型是由六自由度平移和旋转的簧载质量构成的模型，六自由度非簧载悬挂质量和六自由度轮动力学模型如图1所示(Huh et al., 2000)。轮胎用一种同时考虑滑移率和滑移角结合的轮胎模型展示。它是基于Pacejka的轮胎模型（Pacejka 2002年）。有了完整的

车辆模型才使得我们可能去实现六轮式车辆的机动性和研究对车辆的控制方法的性能的分析。

3.转向控制方法

图2一个2自由度自行车模型

侧滑角和横摆角速度被控制到接近期望值，因为他们是在转弯时车辆的机动性的重要因素。完整的车辆模型由于过于复杂而难以设计出控制系统。因此，使用2自由度自行车模型设计的控制器。设计控制器之前，有必要设计适合六轮式车辆所需的模型。在最近对六轮的车辆的研究中，四轮车辆所需的横摆角速度是用来控制六轮式车辆在转弯时的操纵。在这一章中，一种建立在依赖中间轮效应修正四轮车辆所需的横摆角速度的模型被提出。要在按照所需的模型的前轮转向角和纵向速度的基础上，六个轮子的转向角度通过LQR技术被控制。

3.1 控制器的车辆动态模型

控制器的设计中使用的车型是一个2自由度自行车模型与线性轮胎力模型相结合，如在图2所示。假设是在一个恒定的前进速度行驶的车辆，V x

车辆动力学方程描述方程（1），（2）

其中MIS为车辆质量，V x是车辆纵向速度，侧滑角β，I z转动惯量，r是横摆角速度。假设有相等侧向力作用到左、右轮轮胎上，F yf , F ym , F yr分别为前，中和后轮轮胎部各自受到的力。 l f , l m , l r分别为重心（CG）到前、中、后轮轴线的距离。假设轮胎上的左、右车轮的滑移角和轮胎打滑角度角相等，外侧轮胎的受力，采用

线性轮胎模型定义如下：

其中C f , C m , C r分别代表前轮、中间轮和后轮各自的侧偏刚度，代表的前轮，中间轮和后轮各自的转向角度。

定义状态向量控制输入下面的状态空间表示：

其中矩阵A和B被定义为：

4.在转弯时所需的横摆角速度和转向控制方法

3.2 所需的模型（Tomas，1992年）

在最近的六轮式车辆研究中，中间车轮转向角为零的条件下，预期的横摆角速度在稳态的过完方程中取得，如在图3所示，

不考虑中间轮效应。在本文中，提出一个新的适合六轮转向车辆的期望模型。

在低速转弯时，轮胎不需要制定一个侧向力。因此，他们无滑移角转动，如图4所