汽车主动悬架和四轮转向系统的综合控制

振动与冲击

第２８巷锛４期ＪＯ！’ＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮ＾ＮＤＳＨＯＣＫＶ０１．２８Ｎｏ．４２００９●ｌ●Ｉ＿＿Ｉ————ｌ—ＩＩ＿ＩＩ●＿ｌ●＿＿ｌＩｌ－＿＿＿

汽车主动悬架和四轮转向系统的综合控制

来飞１’２，邓兆祥１’２，董红亮１’２，张立双Ⅵ

（１．重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆４０００３０；２．重庆市汽车ＮＶＨ工程中心）

摘要：针对汽车底盘的两大重要组成一转向子系统和悬架子系统，建立起汽车侧向动力学模型、悬架动力学子模型以及考虑两者耦合效应的综合动力学模型；接着对四种不同控制策略的车辆系统进行了仿真对比，包括被动悬架兼前轮转向系统、主动抗侧倾杆控制系统、主动抗侧倾杆和四轮转向控制系统以及主动悬架与四轮转向的综合控制系统，得出：主动悬架和四轮转向综合控制系统能同时兼顾主动悬架和四轮转向的优点，使车辆的操稳性和平顺性大大提高。

关键词：汽车；主动悬架；四轮转向；耦合；综合控制

中图分类号：Ｕ４６３．１文献标识码：Ａ

汽车底盘综合控制系统（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｈａｓｓｉｓＣｏｎ—ｔｒｏｌ。ＩＣＣ）的设计是目前汽车领域的一个热点研究问题。一般来讲，这方面的研究是为了综合考虑汽车不同子系统之间的耦合作用，满足人们对汽车安全性、舒适性要求的不断提高。尽管进行了一系列这方面的研究，但是基于在ＩＣＣ上构建车辆模型的综合控制研究进展并不多见。如文献［１］、［２］着重考虑四轮转向控制器的研究，文献［３］则是对主动悬架控制器的研究，尽管［４］建立了整车模型，但也只着重于主动悬架控制器的研究。

本文针对底盘的两大重要组成——转向系统和悬架系统，通过建立相互耦合的综合动力学模型，并在此基础上设计主动抗侧倾杆控制、四轮转向控制及变论域模糊主动悬架控制，然后将动力学模型与控制器有机地结合起来，提高了车辆的综合性能。通过仿真计算与分析，表明所设计的综合控制系统能同时兼顾主动悬架和四轮转向的优点，使车辆的操稳性和平顺性大大提高。

１汽车侧向动力学模型

如图１所示，作如下假定：车速、质心侧偏角和横摆率均以质心ＣｏＧ为准，四个轮胎均有独立的转向角，轮胎力作用在接触点，车辆纵向速度叱保持不变。

从惯性坐标系来考查车辆的运动，容易写出车辆运动方程‘５Ｊ怕ｊ：

ｇ

ｍ（易，＋如，＝∑（ｃｏｓ艿ｉ巳）（１）

ｌ。１

４

乞茹＝∑（ｒ—ｓｉｎ８ｉ以＋ｒｘ／ＣＯｆｌ６ｉ０）（２）其中，ｍ为汽车质量（包括轮胎的质量），叱和钆分别

基金项目：重庆市自然科学基金重点项目（８７１８）

收稿日期：２００８—０５—０４修改稿收到日期：２００８一０６—０２

第一作者来飞男，博士生，１９６３年生为汽车的纵向速度和横向速度，舀为车辆横摆角速度，盈为车轮转角，ｎ为惯性坐标系下作用在质心的轮胎力，ｉ代表轮胎下标。

图１转同动力学于模型

同时为了反映轮胎侧偏力与垂直载荷的关系，建立起轮胎侧偏力为轮胎侧偏角与垂直载荷以的函数关系‘３】［５１：

以＿【飞…咖ｎ（恶）№凡也Ｅ）

（３）其中，Ｃ。和ｃ忍为正常数。

２悬架动力学子模型

考虑７自由度模型，见图２。假定车身为一刚性体，４个车轮为质量点。悬架类型可简化为四个单横臂独立悬架。车身在质心处有三个自由度：垂向，俯仰及侧倾。每个轮胎仅作垂向运动，在质心和路面扰动之间视为线性弹簧，轮胎垂向阻尼的影响忽略不计。另外，假定侧倾轴和俯仰轴在质心ＣｏＧ之下，距离分别为

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