四轮转向汽车二次型最优控制策略研究
汽车四轮独立转向稳定性控制策略研究
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
四轮转向车辆的后轮转向控制策略浅析
四轮转向车辆的后轮转向控制策略浅析摘要：文章分析了四轮转向车辆的后轮转向原理及控制策略，四轮转向车辆在低速转向时前后轮处于反向转动状态，能够有效地减小转弯半径，从而提高低速运转的随动性和泊车敏捷性；当处于高速转状态，车辆会通过前后轮同向转动降低侧滑概率，有效地改善高速行驶过程中稳定性和安全性。
因此进行四轮转向车辆后轮转向控制技术研究具有重要的意义。
关键词：四轮转向；后轮转向；控制策略汽车从面世以来，前轮转向一直就是主要的转向方式，由于是前轮转向后轮随动方式，当转向盘转动时前轮会在转向机构带动下转向，这时车体就会在横向反力影响下出现横摆，从而产生离心力，后轮和车体会产生夹角，所以后轮运动方向也会发生改变。
为了确保车轮可以滚动运动，车辆要四个车轮围绕同一中心旋转。
由于后轮不会主动转向所以车身旋转中心都处于后轴位置，当汽车低速行驶时转弯灵敏度就会差。
随着车速的不断提高，车身和行车方向间夹角也会在一定程度上增大，所以车辆稳定性就会降低。
随着城市的不断发展，城市内的车辆不断增多，在这样的情况下车辆掉头和泊车的空间越来越小，这很大程度地增加了车辆使用难度。
尤其是在高速驾驶过程中，不仅对车辆稳定性和操纵性有较高要求，同时还对车辆的安全性有较高要求。
为了降低高速行驶过程中出现甩尾和侧滑现象，应当探索如何提高高速车辆控制稳定性。
四轮转向技术的出现，有效地提供了解决上述问题的方法。
1四轮转向车辆的特征1.1转向理论为了减小汽车在行驶过程中的行驶阻力和轮胎磨损，设计时追求阿克曼转向定理的基本要求，即不存在滑移情况，四个车轮要围绕同一中心转动。
首先，在低速转向时：在低速转向时前后轮处于逆相转向状态，车辆旋转中心接近车体中心部位，四轮车辆的转弯半径较小，提高了低速转向的灵活性，这样才能降低狭小空间掉头、停车难度。
其次，高速转向。
在车辆处于高速直线行驶状态时，普通车辆转向都是围绕质心在转动，车速越高那么车体方向和原行驶方向之间的夹角就会增大，这时就会出现失稳情况。
四轮转向汽车控制方法研究
College of Mechanical Engineering of Chongqing University, Chongqing, China.
April, 2008
四轮转向汽车控制方法研究
重庆大学硕士学位论文
学生姓名：邓海涛 指导教师：罗 专 虹 副教授
业：车辆工程
学科门类：工学
重庆大学机械工程学院
二 OO 八年四月
Research on Control Method of 4WS Vehicle
A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Engineering by Deng Haitao
1.1 引言 ................................................................................................................. 1 1.2 四轮转向知识介绍 ............................................................................................ 1 1.2.1 转向梯形 .................................................................................................... 1 1.2.2 四轮转向的基本组成及工作原理 ................................................................. 3 1.2.3 四轮转向汽车后轮转向装置的类型 ............................................................. 3 1.2.4 四轮转向控制目标 ...................................................................................... 4 1.3 四轮转向研究现状 ............................................................................................ 4 1.3.1 控制方法分类.............................................................................................. 5 1.3.2 线控转向系统的应用 .................................................................................. 7 1.3.3 四轮转向研究进展 ...................................................................................... 9 1.4 本文选题的意义及内容 ................................................................................... 10
四轮转向汽车二次型最优控制策略研究
表3 侧向加速度响应比较
侧向加速度 (mΠ s2 ) 比较项目 最大值 稳态值 调整时间
FWS 2. 38 2. 35 2 . 2s 4WS detactrl 0. 99 0. 97 1. 6s 4W optim 2. 35 2. 32 1. 8s
( 14)
由表 1 中参数计算得到 :ζ = 0. 5862. 取车速 u = 100kmΠ h ( 约为 28mΠ s) ,角阶跃输入
图 4 为车辆质心侧偏角响应 , 比较结果见表
2 ; 图 5 为侧向加速度响应 ,比较结果见表 3 ; 图 6 为
横摆角速度响应比较 ,比较结果见表 4.
表2 质心侧偏角响应比较
) 质心侧偏角 (°
比较项目 最大值 稳态值
FWS 0. 510 0. 499 2s
4WS
detactrl
4W
optim
[1 ] 王洪礼 ,迟仲玉 . 汽车四轮转向运动的稳定性分析 [J ] . 机械强
0. 038 0. 035 1. 8s
0. 086 0. 085 1. 7s
度 ,第 22 卷第 1 期 ,2000 年 3 月 .
[2 ] 喻凡 , 林逸 . 汽车系统动力学 [ M] . 北京 : 机械工业出版社 , 2005. [3 ] 胡寿松 . 自动控制原理 [M] . 北京 ,科学出版社 ,2001 :77 - 33. [4 ] Higuchi A ,Saitoh Y. Optimal Control of Four Wheel Steering Vehi2 cle. Vehicle System Dynamics ,1993 , (22) :397 - 410. [5 ] 游学兵 ,杨峰 ,黄红霞 . 汽车四轮转向操纵稳定性的研究及发
四轮转向汽车侧向动力学最优控制和内外环联合控制研究共3篇
四轮转向汽车侧向动力学最优控制和内外环联合控制研究共3篇四轮转向汽车侧向动力学最优控制和内外环联合控制研究1汽车是我们日常生活中必不可少的交通工具之一，随着科技的发展，汽车的各项技术逐渐得到了升级。
其中，四轮转向技术作为一项非常重要的技术，对于汽车的操控性、稳定性以及安全性都有着非常大的提升。
四轮转向技术可以使得汽车在低速行驶时，车轮可以实现与车身相反的转向，从而减少掉头半径，提高车辆的机动性；在高速行驶时，车轮与车身同向转动，从而增强车辆的稳定性。
因此，在日常生活中，很多家庭用车都会配备四轮转向技术。
然而，四轮转向技术在操控和控制方面仍然存在于一定的局限性，特别是在侧向动力学方面。
侧向动力学是指汽车在转弯或曲线行驶时发生的侧向运动状态，主要包括侧向加速度、侧倾角、侧向力等。
侧向动力学会对汽车的行驶稳定性产生影响，同时也会影响行车安全。
为了更好地提高四轮转向汽车的行车稳定性和安全性，需要对其侧向动力学进行优化控制。
目前，四轮转向汽车侧向动力学最优控制和内外环联合控制研究逐渐成为了汽车控制领域的热点研究。
在四轮转向汽车侧向动力学最优控制方面，主要涉及控制算法的设计和车辆动态特性的建模。
目前，最优控制算法主要包括基于线性二次型控制、滑模控制、自适应控制、模糊控制等，这些算法都有着较好的应用效果。
同时，针对四轮转向汽车的动态特性进行建模，可以更好地理解汽车侧向动力学并为优化控制提供理论支持。
除了四轮转向汽车侧向动力学最优控制之外，内外环联合控制也是一个非常重要的控制思路。
该思路主要考虑汽车系统的内外部信息交互，将控制系统分为内环控制和外环控制，通过内外环控制的联合作用，可以对汽车侧向动力学进行更好的控制和优化。
总之，四轮转向汽车侧向动力学最优控制和内外环联合控制的研究，对于提高汽车的行车稳定性和安全性具有非常重要的价值。
相信在未来的研究中，这些控制思路和算法的应用将更加广泛，让我们在驾车出行时更加安全、可靠通过对四轮转向汽车侧向动力学的研究和优化控制，可以提高汽车的行车稳定性和安全性，为驾车出行提供更加可靠的保障。
汽车四轮转向模式及智能控制技术研究的开题报告
汽车四轮转向模式及智能控制技术研究的开题报告
一、题目：
汽车四轮转向模式及智能控制技术研究
二、选题背景：
随着人们生活水平的提高，汽车已成为现代人日常生活中不可或缺的交通工具。
但是，传统的前轮转向方式已经不能满足人们对于行车安全、稳定性等方面的要求。
因此，四轮转向技术应运而生。
四轮转向技术能够提高汽车的行驶稳定性、操控性和
安全性等，是汽车发展和市场需求的必然趋势。
同时，随着智能驾驶技术的不断发展，四轮转向技术也必须与之相配合，才能实现更加安全、智能、舒适的驾驶体验。
三、研究内容：
本文将对四轮转向技术进行深入研究，主要包括以下几个方面：
1. 四轮转向技术的原理和分类：介绍四轮转向技术的原理、分类以及各自的优缺点。
2. 智能控制系统：研究基于模糊控制、神经网络控制等技术的智能控制系统，优化对四轮转向系统的控制，提高行驶安全和稳定性。
3.四轮转向系统的结构设计：研究四轮转向系统的整体结构设计，包括转向机构、传动系统和控制系统等方面。
4.仿真和实验验证：通过建立四轮转向系统的仿真模型和实际测试验证，评估所设计的四轮转向系统的性能和可行性。
四、研究意义：
本文旨在研究四轮转向技术的原理、分类和智能控制技术等方面，为汽车行驶安全和稳定性做出贡献。
通过本文的研究，将有助于提高汽车行驶的安全性和稳定性，
减少交通事故的发生。
另一方面，本文的研究成果对于汽车制造企业的技术提升和汽
车驾驶者的舒适度和安全性都有很好的普及价值。
同时，也为相关领域的研究提供了
有益的参考和借鉴。
四轮转向汽车最优转向控制研究
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｏ ｓ ｕ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｏ ｆ ｆ ｏ ｕ ｒ － ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ（ ４ ＷＳ ）ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｎ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｎ ｄ ｌ ｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
工 具 ，对所 提 出的后 轮 转 向 最优 控 制 方 法 进 行 仿 真 。仿 真 结 果 表 明 ： 所 设 计 的后 轮 转 角 最 优 控 制 器 改 善 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 ，
ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ｅ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｗａ ｒ ｄ ｏ ｆ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｆ ｅ ｅ ｄ ｂ ａ ｃ ｋ ｏ ｆ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ．Ｂ ｙ ｍｅ ａ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ｔ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ｒ ｅ ａ ｒ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｏ ｐ — ｔ ｉ ｍａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ １ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｒ ｅ ａ ｒ ｗｈ ｅ ｅ １ ｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｙ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ，ｔ ｈ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ｉ ｓ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｔ ｔ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ｉ ｍｅ ｉ ｓ ｓ ｈ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｉ ｎ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｄ ｅ ｓ ｈ ｉ ｐ ｉ Ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｓ ｏ ｔ ｈ ｅ ｈ ａ ｎ ｄ ｌ ｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ Ｓ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ ．
四轮转向汽车最优转向控制研究
四轮转向汽车最优转向控制研究作者：李辰旸罗文广来源：《计算技术与自动化》2013年第04期摘要：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，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]。
2 4WS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Y轴的侧向运动与绕Z轴的横摆运动两个自由度[5-6]。
汽车四轮转向的最优控制研究
汽车四轮转向的最优控制研究陈庆樟;孟杰;刘臣富【摘要】Aiming at improving the steering stability of four-wheel-steering(4WS)vehicle, an optimal control method is presented in this paper.A 4WS vehicle model is set up, together with optimal control model based on a simplified linear model. Under the circumstances of MATLAB/Simulink, simulation is provided. And the re⁃sults show that, under the driving cycles, the 4ws system can get better characteristics compared to the 2ws, such as zero slip angle and the smaller error of yaw velocity, and can also further enhance the path tracking abil⁃ity and steering stability of 4WS vehicle.%为提高四轮转向汽车的操纵稳定性，提出一种最优控制方法。
建立了汽车四轮转向二自由度模型，同时基于二次型最优控制理论，建立了四轮转向系统的最优控制模型。
在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真。
仿真结果表明：相比传统的前轮转向，采用基于最优控制的的四轮转向系统能改善车辆的行驶姿态，实现了零侧偏角控制目标，同时横摆角速度的控制误差也很小，使得汽车具有更好的行驶轨迹、速度保持能力和稳定状态，进一步提高了车辆的操纵性能。
四轮独立转向电动汽车最优控制器设计
： 一 ￣ ｌ Ｅ ＜ ｒ ｌ ＋
＝
（ ４ ）
２ ． ２前馈控制 为 了 使 汽 车 在 行 驶 过 程 中 始 终 保 持 零 质 心 侧 偏 角 ，可 采 用 简 单 的 后 轮 转 角 比 例 于 前 轮 转角的方式 。对 于单轨摩托车模 型，令： （ ５ ） 式中， ６ 、 ６ 为前后轮转 角， ６ 为前后轮转角 比例系 数。 当 ＝ ０ 时，求得：
系统的状态反馈增益矩 阵为： 置： 盈 Ｐ （ １ １ ） 四轮独立转 向系统最优控制规律为 ：
＝ｒ＋ ＡＵ ＝ｒ一 Ｐ （ １ ２ ）
状 态 反 馈 增 益 矩 阵Ｋ 是在性能指标Ｊ 最 小 ６一 “ ２ 的条件 下求得 的，而性能指标 取决于加权 和Ｒ 。Ｑ 和Ｒ 选 取不同 ，会产 生不 同的控 一 ＿ ２ Ｌ ｉ ［ ． ￣ ａ ｒ （ ６ ） 矩 阵Ｑ ａ — — ｕ 、 制 效果 ，质心侧偏 角和横摆角速度 对于 四轮 ２ Ｌ Ｃ ｒ 转 向 系 统 至 关 重 要 ， 因 此 在 选 取 加 权 矩 阵 ２ ． ３反馈控制器 时，在兼顾系 统响应速度 的同时 ，还应考 虑 四轮独 立转 向控 制器 与质心侧 偏角偏 差 ＝ 一 、横摆 角速度偏 差 ｅ ｒ ＝ ｒ ’ 一 ｒ ，有着 直接 的 质心侧偏角尽 可能小 ，横摆 角速 度尽量符 合 联系 。四轮独立转 向线性模 型如公式 （ ７ ） 所示 ： 参考模型理想值 。Ｑ 中ｑ 、ｑ 取值的大小反 映 毒：Ａｅ＋Ｂ“ （ ７ ） 对 状态变 量ｅ ＝ ［ ｒ ］ 中 某 一 量 的重 视 程 度 ， 线性 二次型 最优 控制 问题是 是寻找 一个最优 的控 制信号ｕ（ ｔ ） 使得 评价 函数 ，最 优控制 Ｒ中 Ｒ， 、Ｒ 取 值 的 大 小 决 定 了 对 于 输 入 器 性 能 指 标 函数 为 ： “ ＝ 哆 ］ 中某 一 量 的 控 制 程 度 。 本 文选取 文献 ［ ５ ］ 中车 辆 参 数 ， 取 车 速 ｛ ｅ ｒ Ｑ ｅ ＋ Ａ ｕ Ｒ Ａ （ ８ ） 为ｌ ｍ ／ ｓ 进 行 仿 真 ， 经 过 反 复 比对 ，最 终 选 取 权值矩 阵元素 ｑ 。 ＝ ０ ． ２， ｑ ＝ ０ ． １ ， 且＝ ０ ． ５、 １ ，状态 反馈矩 阵为 ： （ 下转 第１ ６ ２ 页）
22624290_四轮转向车辆操纵稳定性的最优控制策略研究
*+,#() 在不考虑车体侧倾的情况下 图 # 示出了 ) 自由度车辆转向运动模型 该模型包括了 方向的平
收 稿 日 期 !"#$%&!%!' 基金项目广西教育厅科研项目!"#!"$%&'()( !"*!+!,-"'.广西自然科学基金项目!+*/0&12344+#5/(#) 通信作者高远教授硕士生导师研究方向车辆动力学及控制6789:;* +,+-./01<#23)4.5)
)3#)%&#*#($!6%%&%&'*'($(
&&#$
式中!..(4! 4)*"最优控制系统的设计目标是求出 (,- 汽车后轮转角 ) 和横摆力矩 +!使如下的二
次型性能指标函数最小"
. 8) !
9
()+)%&,&)+9
%
&&"$
式中% 和 均为加权系数矩阵!其相应元素分别表示对状态& 和 $以及控制作用&后轮转角 ) 和横摆力
本文进一步研究 $A2 汽车的后轮转角和横摆力矩的联合控制问题)首先建立 $A2 汽车 ) 自由度转向 动力学模型模型中采用 0:8 模型刻画轮胎的非线性特性然后通过线性化二自由度 $A2 模型和理想模 型间的误差方程并采用二次型最优控制理论推导出后轮转角和横摆力矩联合控制的最优控制器其中最 优控制器中的非反馈和反馈环节分别作为控制系统的前馈控制器和反馈控制器) 车辆转向运动模型的控 制仿真结果对比研究验证了该最优控制策略的有效性)
四轮独立驱动电动汽车驱动力最优控制方法
应用夏利 T J7100 轿车的车身研制出四 轮独立 驱动电动样车, 包 括车身总成、底盘总 成和电气 总 成。底盘总成由动力系统、传动系统、转向系统、悬 架系统和制动系统组成。电气总成由电源系统、驱 动控制系统、转向控制系统、测控系统和控制台等组 成。车辆具体参数见文献 [ 7]和文献 [ 8]。 2 1 驱动系统阶跃响应分析
图 4 整车控制方 法框图
前轮、右前轮、左后轮和右后轮驱动系统; r1、r2、r3 和 r4 分别为左前轮、右前轮、左后轮和右后轮驱动系统 的参考输入。
如图 4所示, 无论采用何种驱动力分配策略, 其 目的都是得到当前状 态下每个驱动 电机的理想 电
流, 与当前电机实际电流的差即为当前电机的偏差
量, 通过控制器作用, 将偏差量调整为零, 即达到控 制目的。从图 4可知, 每个驱动系统控制器由参考
K eyw ord s: EV; four wheel independen t drive; optim al con trol
前言
近年来由于环境恶化及能源紧张等问题, 迫切 需要开发低能耗、无污染的汽车, 电动汽车成为 21 世纪汽车工程研究的热点。四轮独立驱动四轮转向 技术可使电动汽车底盘实现电子化、主动化, 大大提 高电动汽车的性能, 使其与传统汽车相比具有更强 的竞争力。国外学者 [ 1- 2 ] 针对车辆四轮驱动系统驱 动力分配策略通过仿真分析进行了研究, 主要是根 据各驱动轮的纵向附着和侧向附着建立二次型的评 价函数, 利用优化理论使车辆各驱动轮纵向附着和
国外学者动力分配策略通过仿真分析进行了研究主要是根据各驱动轮的纵向附着和侧向附着建立二次型的评价函数利用优化理论使车辆各驱动轮纵向附着和12针对车辆四轮驱动系统驱侧向附着最小实现各轮的驱动力分配
基于线控变传动比的四轮转向汽车最优控制
基于线控变传动比的四轮转向汽车最优控制张庭芳;张超敏;何新毅;曲志林【摘要】To sufficiently utilize the advantages of Steer By Wire (SBW) which can customize the angle transmission ratio and the four-wheel steering (4WS) technology in improving the handle ability and stability of vehicles, this paper presents a method which combined with SBW of variable transmission ratio fuzzy controlling and the LQR optimal control for four wheel steering. By means of the Matlab/Simulink tool to simulate this method,and comparing with the methods scale control 4WS vehicle、the front-wheel steering (FWS) vehicle and fixed transmission ratio optimal control for four wheel steering with the same parameters. The results show that the method not only possess the good flexibility at low speed and steering stability at high speed ,but also can guarantee under the various conditions of sideslip angle is minimizing and the Yaw rate overshoot is decreased and the settling time is shorten in transient state, and keep in a relatively safe position.%为了充分发挥线控转向可以自由设计角传动比的特性和四轮转向技术在提高汽车操纵稳定性的优点,提出了基于线控转向模糊变传动比和采用LQR最优控制四轮转向相互结合的方法.利用Matlab/Simulink软件对该方法进行建模仿真,并与相同参数的前轮转向、定前后轮转向比四轮转向以及转向系定传动比最优控制四轮转向仿真对比,结果表明,该方法不仅实现了低速时具有较高的转向灵敏性和高速时具有较好的转向稳定性的理想转向特性,而且能够保证在各种工况下质心侧偏角基本为零和横摆角速度瞬态响应的超调量很少,稳定时间缩短,并处于一个相对安全的位置.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】4页(P133-136)【关键词】线控转向;四轮转向;变传动比;最优控制;仿真【作者】张庭芳;张超敏;何新毅;曲志林【作者单位】南昌大学机电工程学院车辆工程研究所,江西南昌 330031;南昌大学机电工程学院车辆工程研究所,江西南昌 330031;南昌大学机电工程学院车辆工程研究所,江西南昌 330031;南昌大学机电工程学院车辆工程研究所,江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言目前汽车转向系统的研究热点由传统的前轮转向（FWS）逐渐转化为四轮转向（4WS）和线控转向（SBW），与前轮转向相比，四轮转向提高了转向操纵机动性和行驶稳定性[1]；而线控转向由于取消了方向盘与转向执行机构的直接连接，具有可以自由设计转向系统的角传递特性和力传递特性的优点[2]。
线控主动四轮转向汽车控制策略研究
线控主动四轮转向汽车控制策略研究随着汽车产业的快速发展，人们对汽车操控性能的要求也越来越高。
传统的两轮转向方式已经不能满足人们对操控性能的需求，因此出现了更加先进的线控主动四轮转向技术。
本文将研究线控主动四轮转向汽车的控制策略，探讨其优势和应用前景。
一、线控主动四轮转向技术概述1.1 线控主动四轮转向技术的定义和原理线控主动四轮转向技术是指通过电子系统将车辆前后轮轴进行联动控制，以实现车辆的更加灵活和稳定的转向。
该技术通过对车辆前轮和后轮转向角度的精确控制，提高了车辆的稳定性和操控性能。
1.2 线控主动四轮转向技术的分类线控主动四轮转向技术根据其控制方式可分为机械式和电子式两种。
机械式主要通过伺服系统和机械传动装置实现转向控制，而电子式则通过电子控制单元对转向系统进行精确控制。
二、线控主动四轮转向汽车的控制策略2.1 前轮转向角和后轮转向角的控制策略线控主动四轮转向汽车的一个重要控制策略是对前轮和后轮转向角的控制。
通过合理的计算和调整，可以使得前后轮的转向角度协调一致，从而提高车辆的操控性和稳定性。
2.2 转向角速度和转向角加速度的控制策略除了控制前后轮转向角度外，线控主动四轮转向汽车还需要考虑转向角速度和转向角加速度的控制。
通过对转向系统的精确控制，可以实现车辆转向角速度的快速响应和转向角加速度的平稳调整，提高车辆的转向性能。
三、线控主动四轮转向汽车的优势3.1 提高转弯性能和稳定性线控主动四轮转向技术可以将车辆前后轮的转向协调一致，使得车辆在转弯时更加平稳和灵活，提高了车辆的操控性能和稳定性。
3.2 增强驾驶安全性线控主动四轮转向汽车在高速行驶时，可以通过对转向系统的精确控制，提高车辆的稳定性，并减小了车辆的侧翻或翻滚的风险，增强了驾驶的安全性。
3.3 降低燃油消耗和减少轮胎磨损通过合理控制前后轮的转向角度，线控主动四轮转向汽车可以实现更小的转弯半径和更好的转向效率，从而减少车辆的能耗和轮胎的磨损，降低了燃油消耗和维修成本。
最优控制在四轮转向技术中应用
最优控制在四轮转向技术中应用部门： xxx时间： xxx整理范文，仅供参考，可下载自行编辑最优控制在四轮转向技术中应用近年来，四轮转向技术<4WS）发展迅速，本文根据具有二次型性能指标的线性跟踪问题最优控制理论，基于车辆状态反馈和前轮前馈，简单介绍4WS汽车转向控制规律。
首先建模。
建模时以前轮转角作为输入，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。
建立动力学微分方程为：b5E2RGbCAP上式中，β为质心侧偏角；r为汽车横摆角速度；u为质心前进速度；m为汽车质量。
为汽车质心侧偏角速度。
为汽车横摆角加速度。
、分别为前、后轮等效侧偏刚度；a、b分别为汽车质心至前、后轴的距离；、分别为前、后轮转角；为汽车绕质心的转动惯量。
p1EanqFDPw化为状态方程形式：上式中，；；采用的闭环控制系统见图1，后轮优化控制率为，上式中，为状态变量反馈增益矩阵；为前轮转角前馈增益矩阵，二者均为车速函数。
图1 控制系统结构为寻求最优后轮转角输入，应使性能指标J 取极小值。
上式中，为理想模型，Q 、R 均为加权矩阵；Q 为半正定矩阵；R为正定矩阵。
第一项是用来衡量整个控制期间系统的实际状态与给定状态之间的综合误差；第二项是对控制总量的限制，即本系统中对控制后轮转角的范围。
DXDiTa9E3d 利用变分法求解该二次型最优控制问题，考虑A 、B 、Q 、R 为常数矩阵<定常系统）时，，，，得出黎卡提方程为：RTCrpUDGiT解得最优控制为；状态变量反馈增益矩阵。
前轮转角前馈增益矩阵用Matlab/Simulink 进行仿真分析。
仿真模型见图2。
具体结构参数为:,,,,,。
仿真时取正常车速，则，,。
同时令加权矩阵, 则，。
5PCzVD7HxA图2 Simulink仿真模型图当阶跃信号为前轮5°转向角时的车辆转向动态响应如图3。
图3 车辆转向动态响应图从图3可看出，最优控制车辆质心侧偏角稳态值为<约为-3.4°），相对于前轮转向车辆稳态值<-5°）减小，且无瞬态振荡超调；对于横摆角速度，最优控制车辆稳态值为，接近前轮转向车辆稳态值<），且超调量减少，上升时间及稳定时间缩短，瞬态振荡减弱。
四轮定向系统在汽车行驶中的控制策略探究
四轮定向系统在汽车行驶中的控制策略探究随着社会的发展和科学技术的不断更新，汽车技术也在不断地提高和创新。
四轮定向系统作为汽车动力无级变速技术中的重要一环，不仅可以提高汽车的行驶性能和安全性能，还能够提升整个驾驶过程中的舒适度和稳定性。
本文将从系统的定义、结构和控制策略等多个方面进行探究和分析。
一、四轮定向系统的定义和结构四轮定向技术是指汽车在行驶过程中通过车轮转向角度的可控性来改变汽车的行驶方向。
通过多种传感器、计算机和控制系统的联动控制，可以实现车辆的前后左右四个方向的准确控制和调节。
四轮定向系统内部通常包含以下几个部分：1、车载传感器系统：负责感受汽车行驶状态和轮胎状态的各种参数，如车速、刹车压力、轮胎负荷、转弯半径、悬挂系统状态等。
2、计算机系统：根据感受到的传感器数据，实时计算出车辆的行驶状态和轮胎的运动参数，并进行对应的控制策略计算和输出。
3、控制单元：车辆动力系统和转向系统的控制中心，负责控制发动机输出动力、制动器的调节和转向系统的角度调节等。
4、车辆转向系统：包括汽车前后两个转向系统和各个车轮的转向机构，可以根据计算机输出的信号控制轮胎转向角度和转向速度。
二、四轮定向系统的控制策略1、悬挂系统控制策略：悬挂系统是汽车最基本的控制组成部分。
通过控制悬挂系统的刚度和重量分布，可以影响到车身的倾斜和转弯过程中的侧倾角度。
在高速行驶和过弯时，悬挂系统应该采用硬度较高的调节方式，以保证车身的稳定性。
在低速行驶和通过坐标路面时，应该采用柔软的悬挂系统，以满足乘客的乘坐舒适度和减少车身的震动。
2、四轮定位系统控制策略：四轮定位系统可以实现车轮角度的精准控制，调节汽车的行驶方向和转向半径。
在高速行驶和紧急转弯时，四轮定位系统应采用高速响应和高精度的角度控制模式来保证行驶的稳定性和安全性。
在停车和低速行驶时，四轮定向系统应采用相对柔和的角度控制方式以满足乘客的乘坐舒适性。
3、制动系统控制策略：制动系统在汽车行驶和转弯中也起到了非常重要的控制作用。
四轮转向车辆的最优控制与仿真分析
关 键 词 ：四 轮 转 向 车 辆 ；轮 胎 魔 术 公 式 ：最 优 控 制 ：操 纵 稳 定 性 ：仿 真
第 １ ９卷 第 ４期
２０ ０ ９年 １ ２月 源自天 津 Ｔ 程 师 范 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡ Ｉ Ｉ Ｌ ＯＦ Ｔ ＡＮＪＮ ＵＮＩ ＲＳＴ ＥＣ ＶＥ Ｉ Ｙ ０Ｆ Ｔ ＨＮ０Ｌ Ｙ ＡＮＤ ＤＵＣ Ｉ ０Ｇ Ｅ ＡＴ ＯＮ
Ｖ０Ｉ１ Ｎｏ． ．９ ４ Ｄｅ ． ２ ０ ｃ ０ ９
四轮 转 向车 辆 的最优控 制与仿 真分 析
刘春 辉
（ 天津 Ｔ程 师 范学 院 汽车 与 交通 学 院 ，天 汴 ３０２ ０２ ２）
摘 要： 引入轮 胎魔术公式的基础上 ， 在 建立 了四轮转 向车辆的两 自由度 非线性动力学模 型 ， 同时基 于四轮转 向车
辆 的 两 自由度 线性 动 力 学模 型 设 计 了最优 控 制 器 ， 将 此控 制 器应 用 于 非线 性 动 力 学模 型 进 行 了仿 真 仿 真 结 果表 并
ＬＩ Ｃｈ ｎ ｕ Ｕ ｕ —ｈ ｉ
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｕ ｍｏ ｉ ｎ ｒｎ ｐ ｒ ｔ ｎ Ｔ ａｊ ｎｖ ｒ ｔ ｏ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙａ ｄＥ ｕ ａ ｏ ， ｉ ｊ ０ ２ ２， ｈ ａ Ｓ ｈ ｏ ｏ Ａ ｔ ｂ ｅ ｄＴ ａ ｓ ｏｔ ｉ ，ｉｎ ｎＵ ｉ ｓ ｙ ｆ ｅ ｈ ｏ ｇ ｎ ｄ ｅ ｔ ｎ Ｔａ ｉ ３ ０ ２ Ｃ ｉ ） ｏ ｌａ ａｏ ｉ ｅ ｉ ｏ ｉ ｎｎ ｎ
汽车四轮转向的最优控制分析
汽车四轮转向的最优控制分析作者：宰文洁来源：《时代汽车》 2016年第8期宰文洁武汉华夏理工学院汽车工程学院湖北省武汉市430223摘要：随着我国经济社会的进步，汽车行业蓬勃发展。
为了提高汽车四轮在实际操作中的稳定性，必须建立四轮转向的最优模型控制，不断改善汽车行驶轨迹的稳定性，实现汽车的稳定良好控制。
其中，本文在我国汽车四轮转向技术的发展现状以及趋势分析的基础上，重点探析了我国汽车四轮转向的最优控制设计研究与研究的现实意义，对于相关工作人员的研究具有一定的借鉴参考价值。
关键词：四项轮汽车；最优控制；设计分析；设计研究1 我国汽车四轮转向技术的发展现状以及趋势分析1.1 我国汽车四轮转向技术的发展现状汽车四轮转向系统的实现方式在结构上可以分为机械式、液压式、电动式以及复合式。
关于汽车四轮转向的研究，许多学者一般以线性控制理论为基础，进行四轮转向和主动前轮转向的控制算法。
而我国的汽车工业发展起步较晚，四轮转向技术的研究也较为缓慢。
但是，随着科学技术的不断升级发展，我国在车载模型研究控制方法、横摆角速度信号的测量上实现了低成本、高效率、准精度的突破。
同时，对于4WS 车辆的操作稳定性以及鲁棒性方面的研究在最优随动控制上都取得了重大进展。
特别是基于质心侧偏角的最优控制算法也取得了突破发展。
1.2 我国汽车四轮转向技术的发展趋势分析1.2.1 汽车四轮转向研究存在的发展问题国内对于汽车四轮转向的研究发展起步较为缓慢，在机械、液压、机电等方面的研究涉及甚少。
在汽车四轮的转向研究上，从理论研究到实际工程的研究上，必须重视后轮转向执行的相关研究。
它的好坏直接决定着汽车能否发挥其在动力转向方面的优势。
后轮转向的性能研究的成功直接关系到汽车企业生产制造的成本低廉、安全可靠等方面的内容。
除此之外，还要考虑到轮胎非线性特性对于汽车四轮转向控制的影响，在进行四轮转向汽车状态的估计的研究上，也要对于摆角速度、前后轮转角、质心侧偏角以及路面系数等等都要进行测量。
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１２ 受力分 析 ．
１ ＷＳ ４ 动力学模 型建立
假定 后轮转 向角控 制律为 ：
①
收稿日期 ； ０ —１ — ４ ２ ９ １ ０ ０ 作者简介 ： 王纪瑞（９５一）男 ， １８ ， 山东菏泽人 ， 同济大学硕士研究生 ， 主要研究方 向为汽车系统动力 学及汽车振动与噪声
第 １期
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其 中 ， Ｒ， Ｑ， Ｆ均为 半正 定 ， Ｑ为 要求 的过 渡 过程 最 快， Ｒ为对控 制能量 的限 制 ， Ｆ为对 终 端偏 差 、 即稳 态控制精 度 的限制 ． 了得 到定常 的反馈增 益 ， 须 为 必 满下列 条件 ： 统是定 常 的 ， 系 而且 是 可 控 的 ； 限时 无
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上式 中不 考 虑后 轮转 角 ， 即可 得 到 Ｆ ＷＳ系统 状 态
模型 受力 分析 图见 图 Ｉ ．
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文章编号 ：０８—１０ （００ ０ 一Ｏ５ ４ １０ ４２２ １ ｝１ ＯＯ一０
四轮 转 向汽 车二 次 型最 优 控 制 策 略研 究
王纪 瑞 ， 左 曙光
（ 同济大学汽车学院。 上海 ２ １０ ） ０８ ４
摘
要 ： 采用汽 车 的“ 自行 车” 型 ， 立 了四轮 转 向汽 车 的数 学模 型 ， 于二 次型 最优控 制理 模 建 基
０ 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
１１ 模型简化 ．
研 究 汽车 的侧 向横摆 和侧倾运 动 ， 选取 汽车 的 “ 自行车” 型， 模 做如下假设 ： 忽略转向系统 的影 响 ， 接 以前轮转 角作 为输入 ； 直 忽略悬架 的作用 ， 认 为汽车只在平行于地面的平面内运动， 即汽车沿 轴 的平 移 ， Ｙ轴 的俯 仰 ， 戈轴 的侧倾 均 忽 略不 绕 绕 计， 只有 沿 Ｙ 的平移 和绕ｚ 的转 动 ； 向加 速度 轴 轴 侧 小 于 ０４ ， ．ｇ 前后 轮侧 偏 角小 于 ５ ， 。 轮胎侧 偏 特性 处 于线性 范 围 ； 驱动力 不大 ， 忽略空 气动力 的作用 ； 不 考 虑地 面切 向力 对 轮胎侧 偏特性 的影响 ； 忽略左 右 轮胎 由于载荷变 化 引 起 轮胎 特 性 的变 化 以及 轮胎 回正力 矩 的作用 ． 给定模 型参 数见表 １ ． 表 ｌ 模型 参数
突出． 汽车在高速行驶情况下进行车道变换 、 超车、 弯道行驶 时 ， 少 车 身侧 偏 ， 高 车 辆安 全 性成 为 减 提 现代 汽车亟 待解 决 的问题 ． 统前 轮转 向（ＷＳ 汽 传 ２ ） 车在 高速转 向时 ， 法对 车身 的大侧 偏 角和侧滑 角 无 控制 ， 车辆循 迹 能力 差 ， 容易发 生侧 滑和侧 翻 ． 比 相 之下 ，ＷＳ汽车能 有效地 提高低 速 时的机 动性和 高 ４ 速时的操纵稳定性 ， 从心理上和体力上减轻驾驶员 的负担 ． 因此 ， 研究 四轮转 向技术 以提高车辆的安 全性 和操纵 稳定 性 在 车速 日益 提 高 的今 天具 有 深 远意 义 ． 传统 的前后 轮转 角成 比例 的 四轮转 向车辆 控制方法， 会造成横摆角速度的稳态增益有较大改 变， 从而使 驾驶 员 丧失 了原 有 的转 向感 觉 ， 增加 了 转向 的困难 ， 导致 驾驶 员 的疲劳 ． ４ 而 ＷＳ的理想 性 能应该是 ： 满足整 车质 心侧偏 角尽 量接 近零 的同时 要满足横摆角速度稳态增益与前轮转向时相 比不 发生 大的变 化… ． 鉴 于 以上分 析 ， 文 基 于状 态 调 节 器手 段 ， 本 采 用线性二次型最优控制系统进行理论建模和仿真 分析， 以克服传统的前后轮转角成比例的控制方法 的缺 陷 ， 达到 ４ ＷＳ的理想性 能要求 ．
高汽车 的行驶 安全 性和操纵 稳 定性 ， 时又保 证 了驾驶 员原 有 的转 向感 觉 ， 同 减轻 了驾驶 员的操纵
难度 和疲 劳程度 ．
关键词 ： 二 次型 最优控 制 ； 四轮 转 向 ；ｉｕｉ Ｓｍ ｌ ｋ仿真 ； ｎ 操纵稳 定 性 中图分 类号 ： Ｕ ６ ． ４ １６ 文献标 识码 ： Ａ
第 ２卷 第 １ ８ 期
２１ 年 Ｏ 月 ００ １
佳 木 斯 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊｕ ａ ｏ ａ ｓ Ｕ ｉ ｒｔ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｃ ｄｔ ｎ ｏｒ ｌ ｆｉ ｉ ｎ ｅ ｉ ｎ Ｊ ｍｕ ｖ ｓ ｙ（ ａ ｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉ ） ｕ ｅ ｉ ｏ
＝
王 纪瑞 ， ： 等 四轮 转 向 汽车二 次 型 最优 控 制策略 研 究 （） １
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５ ｌ
为侧 向速度 ， 为车辆质心侧偏角 ， 在小转向 角的情 况下 ， 可假 定质 心 侧偏 角 ： ｖｕ 因 而 ， ｌ， 侧 向加 速 度表达 式
口 （ ）： Ｕ＂ ＝ ｒ＋ ／＋ （） ２
论 求得 最优 控制 反馈 增益 ， 最后 在 Ｍ Ｔ Ａ ／ｉｕｎ Ａ Ｌ ＢＳｍ ｌｋ环境 下搭 建仿 真模 型进 行仿 真 ， ｉ 并与前轮 转 向汽 车 以及 传统 的前后轮 转 角成 比例 的 四轮 转 向车辆进 行对 比分析 ． 析表 明 ， 于最优 控制 的 分 基
四轮 转 向车辆 能够很 快地将 汽 车的质 心侧偏 角降到基 本 为零 ， 又能保 证横 摆 角速 度基本 不 变， 提