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基于电动轮汽车四轮转向控制策略研究
| 论文题名： | 基于电动轮汽车四轮转向控制策略研究 |
| 关键词： | 电动轮汽车;四轮转向系统;线性二次型调节控制;动力学模型 |
| 摘要： | 目前，市面上大部分汽车的转向系统都使用的是前轮转向系统，这种转向系统仅有前车轮可以主动参与转向，而后车轮无法主动转向。因此，会导致汽车在狭窄的弯道低速行驶时，增加车辆的转弯半径，降低车辆的灵活性，在附着系数较低的路面高速行驶时，容易发生侧滑、甩尾等危险。一种前、后车轮都参与汽车主动转向的系统为四轮转向系统，它的后车轮的转向角是由前车轮的转向角和相应的控制策略得出的。因此，采用较优的控制策略，能够有效地改善汽车的灵活性和稳定性。 传统汽车四轮转向的实现一般是通过复杂的机械结构，而电动轮汽车（轮毂电机驱动电动汽车）可通过信号传输实现四轮转向。本文基于电动轮汽车进行控制策略的研究，不仅可简化四轮转向在车辆中的布置，而且能够有效解决当前能源紧张和汽车尾气排放污染等问题。因此，对于电动轮汽车四轮转向控制策略的研究，具有重要的意义。 本文针对车辆的四轮转向控制策略，有以下研究内容： （1）本文基于车辆运动学相关理论和四轮转向基本原理，建立了线性二自由度四轮转向车辆的动力学模型，并采用两种经典的控制策略，在阶跃工况下，对二自由度四轮转向模型的有效性进行了验证，确保其可用于后续控制策略的研究，并初步证明了四轮转向系统的优势。 （2）考虑到四轮转向车辆在实际行驶时，左右两侧车轮的转向角并不完全相同，为进一步使四轮转向车辆与实车更相近，本文基于阿克曼转向理论，建立了四轮独立转向车辆动力学模型，并基于电动轮汽车的构造原理，联合MATLAB和CarSim搭建了电动轮汽车四轮转向模型，并采用前馈控制策略验证了模型的有效性，为非线性四轮转向车辆控制策略的研究提供了基础。 （3）设计了线性二次型调节（Linear Quadratic Regulator，LQR）控制器，并将控制器与阿克曼四轮独立转角计算模块相结合，搭建了电动轮汽车四轮独立转向控制模型，通过MATLAB和CarSim联合仿真分析验证了该控制策略的有效性，进一步证明了四轮转向汽车在性能方面优于两轮转向汽车。 （4）为解决四轮转向系统在极限工况下的失稳等问题，设计了结构为上层滑模控制，下层为转矩分配控制的分层直接横摆力矩控制器，通过仿真分析验证了该控制器在不同工况下均可提高车辆的稳定性。 （5）为实现分层直接横摆力矩与LQR四轮转向的联合控制，设计了四轮转向（Four Wheel Steering,4WS）与直接横摆力矩控制（Direct Yaw-moment Control，DYC）协调控制器，并搭建了车辆联合控制系统，通过对联合控制系统的仿真分析，证明了所设计系统的有效性和电动轮汽车四轮转向的优势。 |
| 作者： | 魏晗 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 马金麟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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