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原文传递域控制架构下主动后轮转向控制问题研究

论文题名：	域控制架构下主动后轮转向控制问题研究
关键词：	汽车主动后轮转向;控制策略;质心侧偏角;域控制架构
摘要：	随着智能驾驶技术的不断兴起，车载控制器数量日益增多，为将冗杂的总线与控制器进行整合，域控制架构应运而生。在底盘域中，主动后轮转向（ARS）技术能够有效提高车辆的操纵稳定性与主动安全性。本文旨在对域控制架构下主动后轮转向技术的实现、控制策略等问题进行研究。　　首先，针对域控制架构下ARS功能的实现，本文介绍了以面向工程应用为目的的ARS域控制架构。随后针对域控制架构对后轮转向执行单元跟随效果的要求，提出了电机三闭环控制理论，并于台架进行了后轮转向执行器位置跟随实验。另外，针对域控制器与后轮转向控制器间的通信周期对执行器位置跟随控制效果的影响，以不同通信周期进行了执行器位置跟随实验并进行分析，与整车厂提供的参考周期相比较，选用了合适的通信周期。并于实际应用中设计与更新了ARS软件保护与通信故障响应策略。　　其次，以分析ARS控制策略为目的，建立了前轮转向车辆和主动后轮转向车辆的线性二自由度动力学模型。随后对基于古典控制理论的三种ARS控制策略进行了理论分析，再基于现代控制理论，设计了变权重系数LQR控制器。接着以质心侧偏角与横摆角速度为两控制目标，对上述各策略进行仿真实验。通过对实验结果的分析，各策略均能够压缩车辆稳态质心侧偏角，从而减小横摆角速度与侧向加速度的相位差。通过角阶跃仿真发现，车辆高速转向时，后轮相对前轮的同向转动改善了车辆的横摆稳定性。而通过角阶跃仿真发现，后轮同向转动抑制了横摆，带来降低横摆角速度响应速度的副作用。此时比例前馈外的ARS策略通过合理地设计后轮的先反转再同转，在改善横摆稳定性的同时补偿了该副作用，并压缩了动态质心侧偏角。通过分析质心侧偏角的相轨迹，可证明ARS对车辆稳定性有良好的改善，其中LQR策略的控制效果更为显著，且对参数精度不敏感，具有较强的鲁棒性，但由于ARS为单输入单输出系统，只能使一个控制目标趋于理想，导致转向灵敏度有所降低。　　质心侧偏角作为ARS策略中重要的评价指标与状态信息，对其进行提取极为重要。由于测量质心侧偏角的设备价格高昂，故本文基于Dugoff和UniTire两种轮胎模型设计了非线性全维状态观测器，用来对质心侧偏角进行估计。随后进行了仿真实验并将两轮胎模型效果对比分析，验证了观测器的准确性，为实车实验与应用提供参考。　　最后，为对上述策略进行实车验证，将企业提供的目标车进行改装，建立了实车测试环境。实验中发现采用闭环反馈策略将产生振荡，对此问题进行了分析。随后以未采用闭环反馈的两种ARS策略进行了实车实验，并对实验效果进行评价。结果证明了理论分析的准确性，验证其应用于工程实际的可行性。最后通过实车实验的数据记录，于Simulink中进行数据回灌，进行实车数据的质心侧偏角估计实验，验证了非线性全维状态观测器的准确性。本文通过对域控制架构的实现与要求、主动后轮转向控制策略、质心侧偏角估计实际应用以及实车实验中发现的问题进行分析研究，为ARS技术的工程应用提供了参考。
作者：	刘彦廷
专业：	车辆工程
导师：	张建伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022