线控转向前轮转角控制策略研究

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பைடு நூலகம்
Ｉ Ｉ ５ 化
线控转 向前轮转 角控制 策略研 究
Ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ｏｎ ｃｏｎｔ ｒ ｏｌ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅｇｙ ｏ ｆ ｆ ｒ ｏｎｔ ｃ ｏｒ ｎｅｒ ｏｆ ｓｔ ｅｅｒ － ｂ ｙ－ ｗｉ ｒ ｅ ｖｅｈｉ ｃｌ ｅ
胡乐乐’ ，时 岩’ ，蔡焱焱 ，李桂银’ ，陈 佼’
侧 向加 速度 的考 虑 。 设 计 的变 传 动 比 是基 于汽 车 的 线性 二 自 由度 动 力 学 模 型 ，并 且 是 在 不 同的 速 度 区 间 使 用 不 同 方 法 确 定 的 ，这 样 可 以更 有 效 的 保 证 汽 车 在 整 个 速 度 区 域 内的 行 驶 稳 定性 。 低速 时 ，汽 车 的侧 向 加 速 度 易控 制 ， 因此 选 用 的方 法 是 基 于 稳 态 横 摆 角 速 度 增 益 的方 法 。高 速 时 选 用 的是 基 于 稳 态 侧 向加 速 度 增 益 的方 法 。考 虑 到 汽 车 在 中速 行 驶 的 工 况 是 汽 车 行 驶 最 多 的工 况 ，在 中速 时 采 用 稳 态 横 摆 角 速 度 增 益 和 稳 态 侧 向加 速 度 增 益 联 合 控 制 的方 法 。 基 于 线 性 二 自 由度汽 车 模 型 ，横 摆 角 速 度 （ １ ） ， 和 前轮 转 角 ６ 有：
Ｍ ｆ Ｌ
＋
策略 以实 现汽 车 的理 想转 向显得尤 为重 要 。 理想传动 比的确定是线控转 向的核心技术 ， 目前 的 线 控 转 向技 术 研 究 中 ，理 想 传 动 比 的 确 定 大 多 只考 虑 横 摆 角速 度 ，对 高 速转 向过 程 中 的 侧 向 加 速 度 考 虑 较 少 。此 外 ，高 速 转 向过 程 中 如 何
盘 和转 向器 之 间的机 械连 接 ，由Ｅ Ｃ Ｕ直 接控 制执 行
速 度 下 都 能 获 得 理 想 的瞬 态 响 应 ， 防止 车 辆 侧 滑 和 甩 尾 ，削 弱 大 侧 向风 干 扰 影 响 等 ，实 现 车 辆 的 稳定 转 向 。
１ ． １基于理想传动比的前馈控制算法
目前理 想 传 动 比 大 多 是 采 用 在 整 个 车 速 范 围 内保 持 稳 态横 摆 角速 度增 益不 变 的方 法 确 定 。汽 车 在 低 速 行 驶 时 侧 向加 速 度 很 小 不 会 发 生 侧 滑 和 甩 尾 ， 因此 基 于 稳 态 横 摆 角速 度 增 益 不 变 的确 定
ＨＵ Ｌ ｅ ． Ｉ ｅ。 ， ＳＨＩ Ｙ ａ ｎ’ ，ＣＡ ｌ Ｙａ ｎ ． ｙ ａ ｎ ，Ｌ ｌ Ｇｕ ｉ ． ｙ ｉ ｎ。 ， ＣＨＥＮ Ｊ ｉ ａ ｏ。
（ １ ． 南京理工大学 机械工程学 院，南京 ２ １ ０ ０ ９ ４ ；２ ． 山东理工大学 交通 与车辆 工程学院 ，淄博 ２ ５ ５ ０ ４ ９ ） 摘 要 ：针对线控 转向技术中汽车高速转 向的稳定 性问题 ，采用基于理想传动 比的前馈和基于状 态跟踪 的反 馈补偿 的控制 策略对 前轮转角 进行 了研究 ，以确定不 同车速 下的最佳 前轮转角 ，实现车 辆 的安全 转向 。前馈控制 中理想传 动 比是 采用分割 速度 区间的方 法确定 ， 反 馈补偿控 制是采 用 以横摆 角速度和 质心侧 偏角为状 态变 量的线性 二次最优 控制 ，并运用虚 拟样机技 术 ，在 高
Ｄｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ． １ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４． ２ ０ １ ４． ０ １ （ 下 ）． ０ ７
０ 引言
线 控 转 向 的 前 轮 转 角 可 以实 现 自动 调 整 ，具 有 提 高 汽 车 灵 活 性 和 侧 向稳 定 性 的 优 点 ， 因 此 线 控 转 向 是 当 今 转 向 系 统 研 究 开 发 的 一 个 重 要 方 向 。线控 转 向是通 过 控制 系统 Ｅ Ｃ Ｕ主 动地 对 前轮 转 角进 行控 制 ，从 而 调节 前 轮侧 向力和 力矩 ，达 到 提 高汽 车 操 纵 稳定 性 的 目的…。线 控 转 向取 消 了转 向
保 证 行 驶 稳 定 性 也 是 需 要 重 点 考 虑 的 问题 。 本 文
综 合 考 虑 上 述 因 素 ，研 究 了在 非 稳 态工 况 下 高 速
转 向最 佳 前 轮 转 角 的 控 制 策 略 ，并 采 用 虚 拟 样 机 技 术 验证 了其 可 行性 。
１ 前轮转角控 制策略
电机 驱动 前 轮转 向，因此采 用合 适 的前 轮转 角控 制
方 法 是 合 理 的 。但 是 一 旦 汽 车 处 于 高 速 行 驶 时 ， 轮 胎 的 侧 向力 很 容 易 达 到 饱 和 ，汽 车 很 容 易 发 生 侧 滑 和 甩 尾 ，此 时 传 动 比 的确 定 应 该 更 加 注 意 对
速 、低附着路面工况下进行联合仿真 ， 验 证了控制策略的可行性和稳定性 。 关键词 ：线控 ；前轮转角 ；理想传动 比；最优 控制 ； 虚 拟样机
中 图分类号 ：Ｔ Ｈ ２ １ ５ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ４ ） Ｏ ｌ （ 下） 一０ ０ ２ １ —０ ４
线 控 转 向 的 前 轮 转 角 控 制 ， 包括 前 馈 控 制 和 反 馈 补 偿 控 制 。前 馈 控 制 指 为 实现 理 想 的 转 向 特
性 ，根 据 车 况 和 驾 驶 员需 要 确 定理 想 传动 比 ，主 动 控 制 前 轮 转 角 ， 改善 车 辆 在 不 同车 速 下 的 操 纵
性 和 安 全 性 。反 馈 补 偿 控 制 指 由横 摆 角速 度 、 质
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心 侧 偏 角 等 车 辆 状 态 参 数 对 前 馈 控 制 得 到 的 前 轮 转 角 进 行 补偿 ， 确 保 车 辆 在 各 种 附 着 系数 路 面 和