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线控前轮转向控制策略及其容错研究
| 论文题名： | 线控前轮转向控制策略及其容错研究 |
| 关键词： | 线控前轮转向;控制策略;车辆模型;容错系统;安全性 |
| 摘要： | 线控转向(Steer by Wire,SBW)系统采用电子手段代替传统的机械机构传递信号,由于取消了转向盘和转向车轮之间的机械连接,系统的转向传动比可自由设计,因此通过合理匹配可以得到良好的转向性能。线控转向系统能够在驾驶员输入转向角的基础上叠加一个附加转向角,优化车辆对驾驶员输入的响应或提高车辆在紧急情况下的稳定性。这些优点使线控转向成为未来电动汽车、氢能源汽车以及智能车的必不可少的组成部分。所以线控转向近年来成为国内外研究的焦点之一。本文根据线控转向的结构和原理,建立了车辆模型;针对传统转向系统“轻”与“灵”的矛盾问题,采用模糊控制理论设计了线控转向可变传动比;为提高车辆的行驶稳定性,采用二次线性最优控制理论设计了前轮主动转向控制器;针对线控转向的安全性问题,采用扩展卡尔曼滤波器和残差理论建立了线控转向传感器容错系统。具体工作包括以下几个方面: ①介绍了线控转向的基本结构和原理,线控转向系统由方向盘模块、转向执行模块和主控制器(ECU)模块三个主要部分以及故障诊断和容错控制系统、电源等辅助系统组成。魔术公式轮胎模型统一性强,能描述轮胎所有稳态力学特性,建立了魔术公式轮胎模型,并在此基础上建立了用于仿真的车辆动力学模型。 ②阐述了传动机械转向系统固定传动比以及机械式可变传动比的缺点,由此引入了理想传动比的概念,设计了保证汽车横摆角速度相对方向盘转角增益不变的理想传动比。为了消除理想传动比的局限性,本文综合考虑车速和转向盘转角两个因素的影响,采用模糊控制理论设计了线控转向可变传动比。最后选取蛇形工况和双纽线工况,对所建立的线控转向变传动比控制系统进行了仿真分析。 ③建立了二自由度单轨车辆模型,在二自由度单轨车辆模型的基础上,以车辆的横摆角速度和质心侧偏角为设计变量,完成了二次最优控制器(LQR)的设计。为验证主动前轮转向(AFS)控制器控制效果,进行转向盘转角输入、侧向风干扰两种工况的操纵稳定性进行分析,将没有前轮转向控制的车辆的仿真值、LQR主动转向车辆仿真值以及参考值进行比较分析。 ④根据车辆模型建立了扩展卡尔曼状态更新方程和时间更新方程,然后分别将前轮转角?、侧向加速度ay和横摆角速度?作为测量值,得到另外两个状态的估计值,在此基础上,建立了传感器容错系统。最后分别对前轮转角传感器、侧向加速度传感器和横摆角速度传感器进行了故障模拟。 |
| 作者： | 李小鹏 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 卢少波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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