想转向传动比的汽车线控转向控制算法
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界值。图４是全工况下线控转向理想传动比锌
速和转向盘转角的关系图· １·４基于模拟器的驾驶员主观评价试验
由图４可见，当车速和转向盘转角变化时，侧 向加速度增益一定确定的理想转向传动比，其变 化幅度较大，影响驾驶的舒适性和平顺性。因此 采用保证横摆角速度增益一定的原则来设计汽车 的理想转向传动比ａ将此理想转向传动比替换 ＡＤｓＬ驾驶模拟器中的２９自由度汽车动力学模
传动比确定方法。 （１）横摆角速度增益一定
比稳态条件下，ｄｒ到汽车横摆角速度ｒ的增
益Ｇ；为：Ｇ；＝ｒ／ｄ，，则
ｒ—Ｇ驴，一Ｇ矗５以
（２）
假定在任何已知车速和方向盘转角下，横摆
角速度增益Ｇ，恒为一常量，即Ｇ，一ｒ／巩一Ｋｓ。
利用横摆角速度增益一定确定理想转向传动比为
ｉ，一Ｇ；／Ｋｓ
（３）
（２）侧向加速度增益一定
Ｌ、转向传动比等）、车速“和方向盘转角计算得
到；Ｋ。为转向控制增益，理想的前轮转角ｄ。由
ｄ南和８ｉ共同确定；转向电机西（ｓ）内部闭环控制
保证实际前轮转角ｄ指令的正确执行。
２．２横摆角速度和侧向加速度反馈控制算法
为了同时改进车辆横摆角速度和侧向加速度
响应，采用横摆角速度和侧向加速度综合反馈对
ｊ◆ 前轮转角进行控制（见图７），表达式如下
目前汽车转向系统仍处于机械传动阶段，由 于转向的角传动比固定，汽车转向特性随着车速 和侧向加速度变化呈强非线性时变特性０３。为控 制汽车沿驾驶员期望的轨道行驶，驾驶员必须时 刻调节自身的特性，以保证人一车闭环系统特性，
增加了驾驶员驾驶时的精神负担。而且在极限工 况下（如制动甩尾等），由于汽车转向特性发生急 剧变化（如从不足转向变为过度转向），驾驶员将 无法控制汽车，以致发生交通事故。线控转向系 统（ｓｔｅｅｒｉｎｇ＿Ｂｙ－ｗｉｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ，简称ｓＢｗ系统）
根据线控转向系统的特点，作者在２９自由度 动力学模型的基础上０１设计了保证汽车转向特性 不变的理想转向传动比，使线控转向汽车特性更 容易掌握，适合于更多的驾驶人群，提出了基于汽 车状态反馈的稳定性控制策略，进行了不同附着 系数路而的双移线闭环仿真，并在开发型驾驶模 拟器上进行了驾驶员主观评价和控制策略的试验 验证。
，：：淼鬻＝筌慧：兰＝ 。 ａ。ｄ。ｔｅｅｒｉ毒ｈ¨ｄ＿。ｈ砌ａｎｇＩｅ
型”，形成有线控转向系统的虚拟样车。在驾驶 模拟器上，利用模拟器的虚拟环境，进行真实驾驶 ’员的操纵性主观评价，评价的目的是确定有何种 转向增益的汽车更容易被驾驶员所接受。设计三 种转向增益分别为Ｋｓｌ、Ｋｓ２和ｃＯＮｓＲ的虚拟 样车。其中，Ｋｓｌ保证Ｋ。一ｏ．５；Ｋｓ２保证Ｋ。一 １．Ｏ；ｃＯＮｓＲ为传统转向系统传动比（１６．３）。所
（１．吉林大学汽车神态模拟国家重点实验室，长春１３００２２；２．长安股份有限公司汽车工程研究院，重庆
４０１１２０）
摘要：以２９自由度汽车动力学模型为基础，提出了保证汽车转向增益不变的理想传动比稳 态拉制策略，使线控转向汽车转向特性不受车速和方向盘转角变化的影响；提出了基于状态反 馈的动态校正稳定性控制算法。仿真和驾驶模拟器．实验表明，基于理想转向传动比的稳态控 制策略保证了汽车转向增益不变，减轻了驾驶员的负担，适合于更多的驾驶人群；基于状态反 馈的动态校正稳定性控制算法有效提高了汽车的稳定性。 关键词：车辆工程；线控转向；转向传动比；稳态控制；稳定性拉制 中圈分类号：Ｕ４６３．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—５４９７（２００７）０６—１２２９一０７
等特性有关；另一个是从转向盘转角晚到汽车响 应ｙ的转向增益，用回表示，稳态条件下有岛一
ｙ／瓯，它除了与轮胎、车轮定位、悬架特性有关外，
还与转向特性（如转向传动比ｆ。等）有关。 汽车的响应ｙ、Ｇ与以有如下关系
ｙ—ｑＧｓｄ。＝Ｇ一＾
（１）
式中：岛一１／ｆ。；Ｇｖ一曰Ｇｓ。
对于驾驶员而言，我们希望保证Ｇｖ为一常 数Ｋｓ，即在任何车速和转向盘转角下，都有Ｇ船ｓ
ＣｏｎｔｒＯｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｓｔｅｅｒ－ｂｙ—ｗｉｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｉｄｅａｌ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｒａｔｉｏ
Ｚｈｅｎｇ Ｈｏｎ矿ｙｕｌ，Ｚｏｎｇ Ｃｈａｎｇ—ｆｕｌ，Ｔｉａｎ Ｃｈｅｎｇ—ｗｅ一，Ｚｈｕ Ｔｉａｎ＿ｊｕｎｌ，Ｄｏｎｇ Ｙｉ ｌｉａｎ９２，Ｙｕａｎ Ｄｅｎｇ＿ｍｕ２
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｃｏｒｒｅｃｔ ｔｈｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ａｎ９１ｅ ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔａｔｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｉｎ ａ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｄｏｅｓ ｋｅｅｐ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｇａｉｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｔ。ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｄｒｉＶｅｒ ｂｕｒｄｅｎ，ａ１１０ｗｉｎｇ ｔｈｅ ｕｎｓｋｉｌｌｅｄ ｄｒｉｖｅｒ ｔｏ ｓｔｅｅｒ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ
Ｓ—Ｋ１Ⅱ，＋Ｋ２计
（５）
式中：Ｋ，、Ｋ。为组合系数，Ｋ。＋Ｋ。一１。
Ｆｉｇ ７ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌ ｃ帅ｔｒ０Ｊ ｂｌｏｃｋ ｄｉ雒ｒａｍ
３控制算法仿真与模拟器实验
为了验证无反馈理想传动比前轮转角控制 （简称前轮转角控制）和有反馈的两种动态校正控 制策略对汽车稳定性的影响，以２９自由度车辆动． 力学模型为平台，对传统转向、前轮转角控制和反 馈控制策略进行丁仿真研究和开发型模拟器试 验。 ３．１ 良好路面双移线仿真试验
ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｋｅｅｐ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｇａｉｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎｄ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ
ｓｙｓｔ咖ｎｏｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｒ－ｂｙ＿ｗｉｒｅ
ｃｈａｎｇｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｅｅｒｉＴｌｇ ａｎ９１ｅ；Ａ
ｓｔａｔｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｎｇｉｎｅｅ“ｎｇ｝ｓｔｅｅ“ｎｇ＿ｂｙ－ｗｉｒｅ；ｓｔｅｅｒ ｒａｔｉｏ；ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ
第３７卷第６期 ２００７年１１月
吉林大学学报（工学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＪｉＩｉｎ Ｕ１１ｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｆｌｄ ＴｅｃｈｎｏＩｏｇｙ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
ＶｏＬ ３７ Ｎｏ．６ ＮＯ仉２００７
基于理想转向传动比的汽车线控转向控制算法
郑宏宇１，宗长富１，田承伟１，朱天军１，董义亮２，袁登木２
通过 据式（３）、
。融∑～蚕
丑稃牢骚删
ｚｌＩ．．．．．．．．．．．．．．．，．ｊ．．．．．．．．．．．．．．．．．．‘．．．．．．．．．．．．．．．．．．‘．－－－－－－－－－－－一
ｎｇ．３ Ｉｄ姐Ｉ ｓｔ坤ｒ ｒａｔｉｏ
羹
前轮转角“。）
图２稳态时的横摆角速度增益和侧向加速度增益 Ｆｊ舀２ Ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ ０ｆ ｙａｗｍｔｅ ａｎｄｌａｔｅｒａｌ ａｃｏｅＩｅｒａｔｉ吼ｇａ岫
万方数据
第６期
郑宏宇，等：基于理想转向传动比的汽车线控转向控制算法
‘１２３ｌ‘
于各种工况仿真的实时车辆动力学模型口］，其中 包括６个车身自由度、４个传动系自由度、８个轮 胎自由度、６个车轮自由度、４个悬架自由度和１ 个转向自由度。
由车辆稳态时的横摆角速度和侧向加速度计 算出其横摆角速度增益和侧向加速度增益，如图 ２所示。
—Ｋｓ。对于线拄转向系统，只要设计合理的Ｇｓ， 就可以保证Ｇｖ为常数。综上所述，定义保证回
为常数的转向传动比为理想转向传动比。即设计 一个合理的理想转向传动比ｉｓ或者Ｇｓ，保证
ＧＧｓ为一定值，也就是保证汽车转向增益不变。
１．２理想转向传动比确定方法 汽车转向系统增益主要是横摆角速度增益和
侧向加速度增益。下面讨论这两种增益下的理想
１汽车转向增益稳态控制
在驾驶过程中，保汪汽车的转向增益不随车
速和转向盘转角变化，吏际上就是保证汽车在不 同车速和侧向加速度下转向盘转角与汽车航向角
的一一对应关系。这将会在很大程度上减少驾驶
员对车辆特性变化的补偿，即驾驶员更容易掌握
转向增益不变的汽车转向特性，降低了驾驶汽车 的难度，减轻了驾驶员负担。同时提高汽车酌行
Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｏｎｇ．ｃｈａｎｇｆｕ＠ａｓｃｌ＿ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
·１２３０·
吉林大学学报（工学版）
第３７卷
取消了转向盘和转向轮之间的机械连接，通过导 线传递控制信号，使转向盘与汽车前轮转角之间 的关系（汽车转向的角传递特性）摆脱机械系统的 限制而自由设计，不但可以改善汽车转向的力传 递特性，也可以任意设计汽车转向的角传递特性， 使转向特性设计有很大的空间ｏ］。
万方数据
·１２３２·
吉林大学学报（工学版）
第３７卷
进行的试验工况包括：低速道路跟踪、避障和高速 转向和直线行驶试验。完成驾驶任务后，驾驶员
篓ｍ 对三种虚拟样车的易操纵性给出一个ｌＪｌＯ分的
主观评价。图５是经过标准化处理后的１０名驾 驶员的主观评价结果。
时的横摆角速度ｒ＋决定；ｒ’由车辆参数（如轴距
同样假定在任何已知车速和方向盘转角下，
侧向加速度增益Ｇ。一ｎ，／以为一常量，８，到汽车
侧向加速度的增益Ｇｒ—ｎ，／母，这样可以得出车 辆侧向加速度增益一定确定理想转向传动比为
ｉ。，一Ｇｒ／Ｇ衄
（４）
１．３理想转向传动比仿真确定
利用２９自由度车辆动力学模型，仿真不同车 速（４０、６０、８０、１００、１２０ ｋｍ／ｈ）和不同前轮转角下
由于车速和转向盘转角是离散的，因此确定 的理想转向传动比也是离散的，为此采用最小二 乘插值法，在车速为ｏ～１６０ ｋｍ／ｈ，转向盘转角为 ｏ～１８０。下，确定连续的线控转向系统理想转向传 动比。当Ｋｓ＝ｏ．５和Ｇ。一１２时，由图３理想转 向传动比的变化趋势可知，转向系传动比随方向 盘转角的增加而减少。为保证极限工况下有一个 合理的转向传动比，在算法中设有一个固定的边
ຫໍສະໝຸດ Baidu
驶安全性，使汽车的驾驶适合更多的人群，特别是
使非职业驾驶员更容易掌握汽车的动力学特 性‘“。
由于线控汽车可以任意设计转向传动比，因
此可以设计一种可变的转向传动比，使汽车的转
向增益在稳态意义上保持不变。 １．１理想转向传动比的概念
一般，我们定义两个转向增益：一是从前轮转 角母对汽车响应ｙ的转向增益，用国表示，稳态 条件下有四一ｙ／辞，它只与轮胎、车轮定位、悬架
（１．Ｓｆ。据Ｋ８ｙ Ｌ４６０ｒⅡ￡ｏ掣ｏ，Ａ“￡ｏ舢耐如Ｄ”ｄｍｉｆＪ Ｓｉｍ“ｚ口咖ｎ，Ｊｌｆ抽ｍｉ伽＂ｆ廿，ｍ删ｇ吐删１３００２２，ｃ＾ｉ似 ２．Ｊｎ时ｉ￡“抛ｏ，Ａ“ｆ嗍以池勘ｇｉ榭Ｈｎｇ，凸ｎｎ舭ｎＡ“姗枷ｉ如Ｈ０ｚｄｉｗｇ Ｌ耐．，ｏ删ｇｑｉｎｇ ４０１１２０，岛ｉ船）
Ａｂｓｔｒ解ｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ２９ＤＯＦ ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ，ａ ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｄｅａｌ
车辆的横摆角速度和侧向加速度的稳态响应量，
如图１所示。２９自由度车辆动力学模型是吉林
雾旋 大学汽车动态模拟国家重点实验室开发的能够用 ｅ 七 星 谢
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前轮转角“。’
圈ｌ稳态时的槛攫角速度和侧向加速度
Ｆｉ舀ｌ Ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｙａｗ ｒａｔｅ ａＩＩｄ Ｉａｔｅｒ蚰ａｃｏｅｌ啪ｔｉｏⅡ
收稿日期：２００６—１２—１３． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０４７５００９）；“８６３，ｒ国家高技术研究发展计划项目（２００６ＡＡｌｌ９１９２） 作者简介；郑宏字（１９８０一），男，博士研究生．研究方向：汽车动态仿真与控制．Ｅ‘ｍａ订：ｚｈｙ＿ｊｌｕ＠１６３．ｃｏｍ 通讯联系人：宗长富（１９６２一），男，教授，博士生导师．研究方向：汽车动态仿真与控制．
速和转向盘转角的关系图· １·４基于模拟器的驾驶员主观评价试验
由图４可见，当车速和转向盘转角变化时，侧 向加速度增益一定确定的理想转向传动比，其变 化幅度较大，影响驾驶的舒适性和平顺性。因此 采用保证横摆角速度增益一定的原则来设计汽车 的理想转向传动比ａ将此理想转向传动比替换 ＡＤｓＬ驾驶模拟器中的２９自由度汽车动力学模
传动比确定方法。 （１）横摆角速度增益一定
比稳态条件下，ｄｒ到汽车横摆角速度ｒ的增
益Ｇ；为：Ｇ；＝ｒ／ｄ，，则
ｒ—Ｇ驴，一Ｇ矗５以
（２）
假定在任何已知车速和方向盘转角下，横摆
角速度增益Ｇ，恒为一常量，即Ｇ，一ｒ／巩一Ｋｓ。
利用横摆角速度增益一定确定理想转向传动比为
ｉ，一Ｇ；／Ｋｓ
（３）
（２）侧向加速度增益一定
Ｌ、转向传动比等）、车速“和方向盘转角计算得
到；Ｋ。为转向控制增益，理想的前轮转角ｄ。由
ｄ南和８ｉ共同确定；转向电机西（ｓ）内部闭环控制
保证实际前轮转角ｄ指令的正确执行。
２．２横摆角速度和侧向加速度反馈控制算法
为了同时改进车辆横摆角速度和侧向加速度
响应，采用横摆角速度和侧向加速度综合反馈对
ｊ◆ 前轮转角进行控制（见图７），表达式如下
目前汽车转向系统仍处于机械传动阶段，由 于转向的角传动比固定，汽车转向特性随着车速 和侧向加速度变化呈强非线性时变特性０３。为控 制汽车沿驾驶员期望的轨道行驶，驾驶员必须时 刻调节自身的特性，以保证人一车闭环系统特性，
增加了驾驶员驾驶时的精神负担。而且在极限工 况下（如制动甩尾等），由于汽车转向特性发生急 剧变化（如从不足转向变为过度转向），驾驶员将 无法控制汽车，以致发生交通事故。线控转向系 统（ｓｔｅｅｒｉｎｇ＿Ｂｙ－ｗｉｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ，简称ｓＢｗ系统）
根据线控转向系统的特点，作者在２９自由度 动力学模型的基础上０１设计了保证汽车转向特性 不变的理想转向传动比，使线控转向汽车特性更 容易掌握，适合于更多的驾驶人群，提出了基于汽 车状态反馈的稳定性控制策略，进行了不同附着 系数路而的双移线闭环仿真，并在开发型驾驶模 拟器上进行了驾驶员主观评价和控制策略的试验 验证。
，：：淼鬻＝筌慧：兰＝ 。 ａ。ｄ。ｔｅｅｒｉ毒ｈ¨ｄ＿。ｈ砌ａｎｇＩｅ
型”，形成有线控转向系统的虚拟样车。在驾驶 模拟器上，利用模拟器的虚拟环境，进行真实驾驶 ’员的操纵性主观评价，评价的目的是确定有何种 转向增益的汽车更容易被驾驶员所接受。设计三 种转向增益分别为Ｋｓｌ、Ｋｓ２和ｃＯＮｓＲ的虚拟 样车。其中，Ｋｓｌ保证Ｋ。一ｏ．５；Ｋｓ２保证Ｋ。一 １．Ｏ；ｃＯＮｓＲ为传统转向系统传动比（１６．３）。所
（１．吉林大学汽车神态模拟国家重点实验室，长春１３００２２；２．长安股份有限公司汽车工程研究院，重庆
４０１１２０）
摘要：以２９自由度汽车动力学模型为基础，提出了保证汽车转向增益不变的理想传动比稳 态拉制策略，使线控转向汽车转向特性不受车速和方向盘转角变化的影响；提出了基于状态反 馈的动态校正稳定性控制算法。仿真和驾驶模拟器．实验表明，基于理想转向传动比的稳态控 制策略保证了汽车转向增益不变，减轻了驾驶员的负担，适合于更多的驾驶人群；基于状态反 馈的动态校正稳定性控制算法有效提高了汽车的稳定性。 关键词：车辆工程；线控转向；转向传动比；稳态控制；稳定性拉制 中圈分类号：Ｕ４６３．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—５４９７（２００７）０６—１２２９一０７
等特性有关；另一个是从转向盘转角晚到汽车响 应ｙ的转向增益，用回表示，稳态条件下有岛一
ｙ／瓯，它除了与轮胎、车轮定位、悬架特性有关外，
还与转向特性（如转向传动比ｆ。等）有关。 汽车的响应ｙ、Ｇ与以有如下关系
ｙ—ｑＧｓｄ。＝Ｇ一＾
（１）
式中：岛一１／ｆ。；Ｇｖ一曰Ｇｓ。
对于驾驶员而言，我们希望保证Ｇｖ为一常 数Ｋｓ，即在任何车速和转向盘转角下，都有Ｇ船ｓ
ＣｏｎｔｒＯｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｓｔｅｅｒ－ｂｙ—ｗｉｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｉｄｅａｌ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｒａｔｉｏ
Ｚｈｅｎｇ Ｈｏｎ矿ｙｕｌ，Ｚｏｎｇ Ｃｈａｎｇ—ｆｕｌ，Ｔｉａｎ Ｃｈｅｎｇ—ｗｅ一，Ｚｈｕ Ｔｉａｎ＿ｊｕｎｌ，Ｄｏｎｇ Ｙｉ ｌｉａｎ９２，Ｙｕａｎ Ｄｅｎｇ＿ｍｕ２
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｃｏｒｒｅｃｔ ｔｈｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ａｎ９１ｅ ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔａｔｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｉｎ ａ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｄｏｅｓ ｋｅｅｐ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｇａｉｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｔ。ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｄｒｉＶｅｒ ｂｕｒｄｅｎ，ａ１１０ｗｉｎｇ ｔｈｅ ｕｎｓｋｉｌｌｅｄ ｄｒｉｖｅｒ ｔｏ ｓｔｅｅｒ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ
Ｓ—Ｋ１Ⅱ，＋Ｋ２计
（５）
式中：Ｋ，、Ｋ。为组合系数，Ｋ。＋Ｋ。一１。
Ｆｉｇ ７ Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌ ｃ帅ｔｒ０Ｊ ｂｌｏｃｋ ｄｉ雒ｒａｍ
３控制算法仿真与模拟器实验
为了验证无反馈理想传动比前轮转角控制 （简称前轮转角控制）和有反馈的两种动态校正控 制策略对汽车稳定性的影响，以２９自由度车辆动． 力学模型为平台，对传统转向、前轮转角控制和反 馈控制策略进行丁仿真研究和开发型模拟器试 验。 ３．１ 良好路面双移线仿真试验
ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｋｅｅｐ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｇａｉｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎｄ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｓｔｅｅｒｉｎｇ
ｓｙｓｔ咖ｎｏｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｒ－ｂｙ＿ｗｉｒｅ
ｃｈａｎｇｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｅｅｒｉＴｌｇ ａｎ９１ｅ；Ａ
ｓｔａｔｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｎｇｉｎｅｅ“ｎｇ｝ｓｔｅｅ“ｎｇ＿ｂｙ－ｗｉｒｅ；ｓｔｅｅｒ ｒａｔｉｏ；ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ
第３７卷第６期 ２００７年１１月
吉林大学学报（工学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＪｉＩｉｎ Ｕ１１ｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｆｌｄ ＴｅｃｈｎｏＩｏｇｙ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
ＶｏＬ ３７ Ｎｏ．６ ＮＯ仉２００７
基于理想转向传动比的汽车线控转向控制算法
郑宏宇１，宗长富１，田承伟１，朱天军１，董义亮２，袁登木２
通过 据式（３）、
。融∑～蚕
丑稃牢骚删
ｚｌＩ．．．．．．．．．．．．．．．，．ｊ．．．．．．．．．．．．．．．．．．‘．．．．．．．．．．．．．．．．．．‘．－－－－－－－－－－－一
ｎｇ．３ Ｉｄ姐Ｉ ｓｔ坤ｒ ｒａｔｉｏ
羹
前轮转角“。）
图２稳态时的横摆角速度增益和侧向加速度增益 Ｆｊ舀２ Ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ ０ｆ ｙａｗｍｔｅ ａｎｄｌａｔｅｒａｌ ａｃｏｅＩｅｒａｔｉ吼ｇａ岫
万方数据
第６期
郑宏宇，等：基于理想转向传动比的汽车线控转向控制算法
‘１２３ｌ‘
于各种工况仿真的实时车辆动力学模型口］，其中 包括６个车身自由度、４个传动系自由度、８个轮 胎自由度、６个车轮自由度、４个悬架自由度和１ 个转向自由度。
由车辆稳态时的横摆角速度和侧向加速度计 算出其横摆角速度增益和侧向加速度增益，如图 ２所示。
—Ｋｓ。对于线拄转向系统，只要设计合理的Ｇｓ， 就可以保证Ｇｖ为常数。综上所述，定义保证回
为常数的转向传动比为理想转向传动比。即设计 一个合理的理想转向传动比ｉｓ或者Ｇｓ，保证
ＧＧｓ为一定值，也就是保证汽车转向增益不变。
１．２理想转向传动比确定方法 汽车转向系统增益主要是横摆角速度增益和
侧向加速度增益。下面讨论这两种增益下的理想
１汽车转向增益稳态控制
在驾驶过程中，保汪汽车的转向增益不随车
速和转向盘转角变化，吏际上就是保证汽车在不 同车速和侧向加速度下转向盘转角与汽车航向角
的一一对应关系。这将会在很大程度上减少驾驶
员对车辆特性变化的补偿，即驾驶员更容易掌握
转向增益不变的汽车转向特性，降低了驾驶汽车 的难度，减轻了驾驶员负担。同时提高汽车酌行
Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｏｎｇ．ｃｈａｎｇｆｕ＠ａｓｃｌ＿ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
·１２３０·
吉林大学学报（工学版）
第３７卷
取消了转向盘和转向轮之间的机械连接，通过导 线传递控制信号，使转向盘与汽车前轮转角之间 的关系（汽车转向的角传递特性）摆脱机械系统的 限制而自由设计，不但可以改善汽车转向的力传 递特性，也可以任意设计汽车转向的角传递特性， 使转向特性设计有很大的空间ｏ］。
万方数据
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吉林大学学报（工学版）
第３７卷
进行的试验工况包括：低速道路跟踪、避障和高速 转向和直线行驶试验。完成驾驶任务后，驾驶员
篓ｍ 对三种虚拟样车的易操纵性给出一个ｌＪｌＯ分的
主观评价。图５是经过标准化处理后的１０名驾 驶员的主观评价结果。
时的横摆角速度ｒ＋决定；ｒ’由车辆参数（如轴距
同样假定在任何已知车速和方向盘转角下，
侧向加速度增益Ｇ。一ｎ，／以为一常量，８，到汽车
侧向加速度的增益Ｇｒ—ｎ，／母，这样可以得出车 辆侧向加速度增益一定确定理想转向传动比为
ｉ。，一Ｇｒ／Ｇ衄
（４）
１．３理想转向传动比仿真确定
利用２９自由度车辆动力学模型，仿真不同车 速（４０、６０、８０、１００、１２０ ｋｍ／ｈ）和不同前轮转角下
由于车速和转向盘转角是离散的，因此确定 的理想转向传动比也是离散的，为此采用最小二 乘插值法，在车速为ｏ～１６０ ｋｍ／ｈ，转向盘转角为 ｏ～１８０。下，确定连续的线控转向系统理想转向传 动比。当Ｋｓ＝ｏ．５和Ｇ。一１２时，由图３理想转 向传动比的变化趋势可知，转向系传动比随方向 盘转角的增加而减少。为保证极限工况下有一个 合理的转向传动比，在算法中设有一个固定的边
ຫໍສະໝຸດ Baidu
驶安全性，使汽车的驾驶适合更多的人群，特别是
使非职业驾驶员更容易掌握汽车的动力学特 性‘“。
由于线控汽车可以任意设计转向传动比，因
此可以设计一种可变的转向传动比，使汽车的转
向增益在稳态意义上保持不变。 １．１理想转向传动比的概念
一般，我们定义两个转向增益：一是从前轮转 角母对汽车响应ｙ的转向增益，用国表示，稳态 条件下有四一ｙ／辞，它只与轮胎、车轮定位、悬架
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Ａｂｓｔｒ解ｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ２９ＤＯＦ ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ，ａ ｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｄｅａｌ
车辆的横摆角速度和侧向加速度的稳态响应量，
如图１所示。２９自由度车辆动力学模型是吉林
雾旋 大学汽车动态模拟国家重点实验室开发的能够用 ｅ 七 星 谢
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收稿日期：２００６—１２—１３． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０４７５００９）；“８６３，ｒ国家高技术研究发展计划项目（２００６ＡＡｌｌ９１９２） 作者简介；郑宏字（１９８０一），男，博士研究生．研究方向：汽车动态仿真与控制．Ｅ‘ｍａ订：ｚｈｙ＿ｊｌｕ＠１６３．ｃｏｍ 通讯联系人：宗长富（１９６２一），男，教授，博士生导师．研究方向：汽车动态仿真与控制．