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原文传递基于线控转向系统的乘用车横向稳定性控制策略研究

论文题名：	基于线控转向系统的乘用车横向稳定性控制策略研究
关键词：	线控转向;操纵稳定性;可变传动比;主动前轮转向;前轮转角控制;硬件在环
摘要：	作为从底盘架构到整车层面不可或缺的元素，转向系统对整车操纵稳定性和安全性起着至关重要的作用。线控转向作为电子技术发展的产物，有着可以自由设计转向传动比和主动转向控制等优势，近年来逐渐成为研究热点。交通事故的频发与汽车智能化发展对于车辆转向系统的主动控制、主动安全技术以及算法的精确实时性等方面提出了更高要求，而线控转向车辆横向稳定性控制策略可实现车辆变转向传动比操作、行驶稳定性控制及转向执行跟踪控制，有利于积极改善整车层面操纵稳定性和主动安全性。本文针对线控转向车辆操纵稳定性控制及转向执行控制等内容，基于线控转向系统对车辆可变传动比控制、主动前轮转向控制和前轮转角控制展开研究。　　首先，对线控转向系统硬件部分和性能优势详细阐述，建立转向机总成和转向执行总成数学模型和理想二自由度车辆动力学模型，考虑到轮胎侧偏特性的非线性对车辆模型精确性的影响及质心侧偏角作为控制器设计输入却难以实际测量，采用带有遗忘因子的递推最小二乘法设计轮胎侧偏刚度估计算法，基于扩展卡尔曼滤波采用所估计的轮胎侧偏刚度变化率量化车辆的非线性程度，设计质心侧偏角观测算法并进行仿真验证。　　其次，分析传统转向车辆的转向灵敏度在不同车速时的响应情况，并得出传统转向的转向特性不利于驾驶员操作，结合实际驾驶情况进而确定可变传动比的设计要求；通过对两种定增益控制下的转角响应分析，基于稳态横摆角速度增益不变的方案更有利于可变传动比的设计，采用遗传算法并将操纵稳定性综合评价指标作为适应度函数，优化选择得到合适的增益值，通过对各速段传动比修正得到最终可变传动比；对横向稳定性和转向失稳分析判断得到失稳判据，根据理想车辆模型推导得横摆角速度和质心侧偏角的理想值，设计滑模控制器并设计模糊控制器对滑模控制器的控制律参数修正并将其相结合，基于所设计的可变传动比提出基于横摆角速度反馈的主动前轮转向模糊滑模控制策略，得到最优前轮叠加转角，在Simulink建立控制策略模型，联合CarSim选取典型试验工况，进行仿真验证；为了保证底层执行器对上层控制策略的协同控制，使前轮转角精确跟踪上层期望转角指令，建立经比较选择得到的永磁同步电机数学模型，设计基于PI控制和矢量控制的电机控制策略，对线控转向执行器进行精确数学建模，在电机控制的基础上，设计基于自适应滑模控制的前轮转角控制策略。　　最后，搭建硬件在环试验平台，按试验要求设计试验方案进行硬件在环试验，以验证本文提出的控制策略。试验结果表明，本文所设计的主动前轮转向控制策略,使得车辆横摆角速度和质心侧偏角在双移线工况下峰值分别下降18.2%和41.8%，在阶跃工况下峰值分别下降17.1%和46.4%，能够减轻驾驶员操纵负担同时兼顾成员舒适性，对乘用车在不同工况转向行驶有很好的控制效果，提高了车辆操纵稳定性和主动安全性；转向执行控制策略使双移线工况下三种幅值输入情况下的跟随误差分别低于0.21°、0.44°、0.62°，阶跃工况下响应时间分别为0.4s、0.48s、0.52s，前轮转角快速、准确的跟踪期望指令，并有效改善系统滞后和非线性带来的扰动。
作者：	刘硕
专业：	车辆工程
导师：	朱永强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2022