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原文传递双模式后轮主动转向系统设计与控制研究

论文题名：	双模式后轮主动转向系统设计与控制研究
关键词：	电动汽车;双模式后轮主动转向系统;结构设计;分层控制
摘要：	近年来，汽车产业经历了前所未有的巨变，“电动化、智能化、网联化、共享化”的汽车产业新四化发展趋势应运而生。其中，在汽车电动化与智能化的产业背景影响下，智能线控底盘作为自动驾驶与新能源汽车的关键结合点，实现了电动化和智能化的有机结合，是实现无人驾驶的关键载体。线控转向系统作为线控底盘系统的关键子系统，在近几年也进入了快速发展阶段。而对于后轮转向技术而言，尽管其研究已经有数十年的历史，然而在智能电动汽车发展趋势的当下，线控底盘技术为后轮主动转向系统的研发赋予了新的价值和发展空间。因此，设计开发能够提升电动汽车多项性能的新型后轮主动转向技术具有很好的学术研究价值和时代发展意义。本文将提出一种新型的后轮主动转向技术——双模式后轮主动转向，并对其机电系统的设计与控制问题展开研究，研究成果将丰富线控转向技术范畴与内涵，对推动智能线控底盘的发展起到重要推动作用。本文核心研究内容如下：　　双模式后轮主动转向系统功能原理和可行构型分析。首先，本文在建立了线性二自由度车辆动力学模型的基础上，对施加了后轮转角的车辆转向动力学响应进行分析。分析表明施加了目标后轮转角后，汽车在低速转向下会增大转向灵敏度，降低不足转向特性；在高速转向下则会减小转向灵敏度，降低可能的过多转向。其次，本文基于轮胎力学分析了制动工况下施加一定后轮转角对于车辆制动方向稳定性的影响规律。接着，本文在对双模式后轮主动转向系统基本功能描述的基础上，分别阐述了提出的基于行星齿轮转速耦合原理、基于换挡原理和基于差速原理的三个专利构型的结构特点和工作原理。最后，本文对选定构型的电动换挡双模式后轮主动转向系统进行了参数匹配计算，为后续动力学建模与控制策略制定奠定基础。　　双模式后轮主动转向系统联合整车动力学建模与正确性验证。本文首先基于Matlabamp;Simulink仿真软件平台，建立了整车七自由度动力学模型，包括三自由度车身动力学模型、四自由度车轮旋转动力学模型及轮胎模型。其次，搭建了电动换挡双模式后轮主动转向系统的执行电机和齿轮传动Simulink动力学模型，具体包括转角控制模块、模式切换模块及其各自的动力传递部件。此外，补充建立了车辆驱动电机模型、纵向驾驶员模型等。最后，通过Carsim商用软件对搭建的整车动力学模型进行对比验证，并通过和Simscape模型库搭建的电动换挡双模式后轮主动转向系统动力学模型进行了模型正确性对比验证。　　双模式后轮主动转向系统分层控制策略制定。本文首先针对双模式后轮主动转向系统模式切换规则、期望后轮转角确定、各轮转角执行控制等问题设计了分层控制策略总体架构，具体包括上层决策与模式切换控制策略、下层执行控制策略；其次，基于上述分层控制架构对上层目标后轮转角控制策略和下层实现目标后轮转角的执行器控制策略进行详细阐述。对于目标后轮转角控制问题，在转向工况下，本文设计了基于汽车质心侧偏角偏差控制的目标后轮转角闭环反馈控制策略，以改善车辆高低速转向灵敏度特性；在制动工况下，本文设计了基于航向角偏差控制的目标后轮转角闭环反馈控制策略，以提升车辆制动时方向稳定性。对于实现目标后轮转角的执行器控制问题，本文设计了基于自抗扰控制算法的后轮转角执行控制策略，实现目标后轮转角的准确跟踪。　　转向和制动多工况下的双模式后轮主动转向控制策略仿真验证。为了验证所述控制策略的有效性，本文在Matlabamp;Simulink仿真软件平台下，应用所搭建的整车和双模式后轮主动转向系统动力学模型，对提出的双模式后轮主动转向系统分层控制策略进行各工况仿真验证。在转向工况下，分别在前轮转角正弦和阶跃两种输入条件下各自进行低速和高速转向仿真试验，通过观察汽车在转向状态下的横摆角速度和质心侧偏角，验证所述控制策略对于车辆低速转向机动性和高速转向操纵稳定性的改善效果。在制动工况下，分别在低附着和高附着两种路面条件各自进行低速和高速制动仿真试验，通过观察制动时的横向位移和航向角来评价汽车在制动方向稳定性，仿真结果验证了所述控制策略对于汽车直行制动方向稳定性的改善效果。
作者：	朱可夫
专业：	车辆工程
导师：	王军年
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022