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主动四轮转向系统的轨迹跟踪控制方法研究
| 论文题名： | 主动四轮转向系统的轨迹跟踪控制方法研究 |
| 关键词： | 汽车主动四轮转向系统;目标轨迹;跟踪控制;参数优化 |
| 摘要： | 主动转向技术是指在汽车即将陷入危险时，转向系统能够主动介入，从而避免事故的发生或降低事故的危害。这项技术是主动安全技术中最重要的技术之一，也是实现自动驾驶必备的转向技术。因此，以主动转向技术和自动驾驶技术为主的汽车安全技术的研究具有重要的现实意义。主动转向的控制模型中涉及不确定性和非线性特性的问题，控制任务除了目标轨迹的跟踪，还需要满足预性能目标，因此其控制设计面临较大的挑战。本文针对上述难点问题，对汽车主动转向控制方面的关键技术展开深入研究。本文开展并完成了如下研究工作： (1)考虑了回正阻力、电机转矩波动、齿轮间隙等非线性因素后，建立了二自由度汽车侧向运动的非线性模型。将主动四轮转向系统的目标轨迹表述为完整和非完整伺服约束的形式。针对不含不确定性的名义系统，基于Udwadia-Kalaba方法，提出了约束跟随控制，解决了车辆侧向运动轨迹跟踪的问题。 (2)研究了具有预设性能的转向系统轨迹跟踪控制方法。通过构造性能函数不等式来限制误差变量，再通过状态变量转换，将有界的状态变量映射到新的空间中，得到新的无界的状态变量以及新的转换系统和伺服约束。针对新的转换系统和伺服约束使用约束跟随控制，就可以使得原系统在满足预性能目标的同时，收敛到伺服约束。 (3)研究了四轮转向系统中的不确定性问题，提出了自适应鲁棒约束跟随控制方法。转向系统中涉及的不确定性是快速时变，并且边界信息未知。通过构造自适应律来模拟不确定性边界,将所估计的边界作为鲁棒控制的依据，从而降低系统对于不确定性信息的依赖程度。设计自适应鲁棒约束跟随控制方法对不确定性系统进行控制，解决了含不确定性的车辆侧向运动的轨迹跟踪问题。 (4)在自适应鲁棒约束跟随控制的基础上，提出了控制参数的优化方法。引入模糊集理论来描述系统的不确定性信息，得到主动转向系统的模糊动力学模型。综合考虑转向系统的性能表现和控制成本，构造了性能指标函数。根据主动转向系统的模糊信息和解模糊运算将控制参数的优化问题转化为针对该性能指标函数的最优问题，通过函数的最值求解得到最优控制参数。 (5)针对执行机构—电动助力转向系统，研究了基于模型的复合控制以及考虑驱动力增益变化的控制参数优化方法。提出了复合控制结构，使得执行机构能够快速响应控制指令。考虑了驱动力增益变化的影响，提出了控制的优化方法，减小了系统的力矩振荡。 |
| 作者： | 付铎 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | Subhash Rakheja |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 华南理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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