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原文传递基于变角传动比的线控转向汽车操纵稳定性控制策略研究

论文题名：	基于变角传动比的线控转向汽车操纵稳定性控制策略研究
关键词：	线控转向汽车;操纵稳定性;变角传动比
摘要：	随着汽车电动化、网联化、智能化和共享化时代的到来，汽车线控底盘技术迎来了快速发展阶段。线控转向系统作为汽车线控底盘系统的重要组成部分，其取消了方向盘与转向执行机构之间的机械连接，实现了两者之间的机械解耦。转向执行机构的线控驱动特点使得汽车可以实现转向变角传动比控制以及主动前轮转向控制功能，进而为提升汽车的操纵稳定性创造了条件。然而，线控转向系统取消了机械连接，转向轮由转向执行电机驱动，因此需要有效地设计转向执行电机转角跟踪控制算法，保证转向执行电机能够精确地跟踪期望转角。　　针对上述问题，首先，本文在调研了国内外研究现状的基础上，依托国家重点研号：2021YFB2500703）和吉林省科技发展计划项目“线控一体化底盘电动汽车自动发计划项目“多系统高效集成轮毂电机行动模块与整车转矩矢量分配技术”（项目编换道决策与控制研究”（项目编号：20230101121JC），设计了随车速和方向盘转角变化的线控转向系统转向变角传动比，提高了汽车在低速行驶时的转向灵敏性和中高速行驶时的稳定性。其次，为了保证线控转向系统转向执行电机在内部参数和外部力矩扰动下都能够精确地跟踪期望转角，设计了基于线性自抗扰控制的转角跟踪控制算法。最后，为了减小侧向风、对开路面等驾驶工况对汽车操纵稳定性的影响，设计了考虑介入时机的主动前轮转向控制算法。本文的具体研究内容如下：　　（1）搭建线控转向汽车动力学模型。首先，利用MATLAB/Simulink软件搭建了线控转向系统动力学模型。其次，利用CarSim软件的接口设置和多软件联合仿真功能，将CarSim汽车动力学模型中的助力转向模型替换为所搭建的线控转向系统动力学模型，从而组成线控转向汽车动力学联合仿真模型。最后，基于双移线试验、转向轻便性试验和方向盘角正弦输入试验对线控转向汽车动力学模型进行了测试验证。　　（2）研究线控转向系统转向变角传动比设计方法。首先，利用CarSim汽车动力学模型分析了传统机械转向汽车的转向特性，并介绍了基于定横摆角速度增益设计转向变角传动比的方法。其次，根据国内外转向变角传动比研究成果以及对传统机械转向汽车转向特性的分析，提出了随车速和方向盘转角变化的转向变角传动比统一模型。再次，将车速分为低速、中速、高速、由低速到中速过渡和由中速到高速过渡五个速段，并基于转向变角传动比统一模型分别设计了每个速段的转向变角传动比。最后，利用粒子群优化算法优化了不同速段下转向变角传动比统一模型中的中心比梯度系数值，并利用线控转向汽车动力学模型对所设计的转向变角传动比的控制效果进行了测试验证。　　（3）研究基于线性自抗扰控制的转角跟踪控制算法。首先，为了提高线控转向系统转向执行电机转角跟踪控制的精度和鲁棒性，从而减少线控转向系统工作过程中由内部参数和外部力矩扰动带来的影响，利用线性自抗扰控制设计了线控转向系统转向执行电机转角跟踪控制算法。其次，为了验证所设计的转角跟踪控制算法的控制效果，设计了基于PID控制的转角跟踪控制算法对比控制效果。最后，利用线控转向汽车动力学模型，并在转向变角传动比控制的基础上，测试验证了所设计的转角跟踪控制算法的控制性能。　　（4）研究线控转向系统主动前轮转向控制算法。首先，基于横摆角速度偏差和质心侧偏角偏差设计了主动前轮转向介入时机，并利用侧向速度-横摆角速度相平面验证了其合理性。其次，利用模糊自适应PID控制设计了基于横摆角速度反馈的主动前轮转向控制算法。再次，为了避免主动前轮转向给驾驶员正常驾驶带来过大影响，设计了随车速变化的主动前轮转向介入阈值。最后，利用线控转向汽车动力学模型，并在转向变角传动比控制和转向执行电机转角跟踪控制的基础上，测试验证了所设计的考虑介入时机的主动前轮转向控制算法的控制性能。
作者：	张建成
专业：	车辆工程
导师：	郑宏宇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023