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极限工况下四轮转向车辆稳定性控制策略研究
| 论文题名： | 极限工况下四轮转向车辆稳定性控制策略研究 |
| 关键词： | 四轮转向车辆;操纵稳定性;极限工况;模型预测控制;相平面法 |
| 摘要： | 四轮转向车辆在传统车辆前轮转向的基础上增加后轮转向系统，可以实现车辆在行驶过程中后轮跟随前轮进行主动或随动转向。相比于前轮转向车辆，四轮转向车辆可以通过调节后轮转角改变侧向加速度的响应特征，并且当后轮参与转向时，四轮转向车辆可以在不影响横摆加速度响应的同时调节侧向加速度响应。尤其是在极限工况下，其可以显著提高车辆的操纵稳定性。鉴于此，针对极限工况四轮转向车辆的非线性和稳定性问题，本文设计了多模型预测控制策略以提高车辆极限工况下的非线性稳定性。本文的主要研究内容如下： （1）建立四轮转向系统动力学模型，包括转向电机模型和齿轮齿条模型；分析轮胎在极限工况下对整车的影响，建立非线性轮胎模型；针对后续控制器设计所需要的状态量，建立整车三自由度动力学模型，为后续章节对四轮转向车辆稳定性控制研究提供基础。 （2）分析内部结构参数和外部环境对四轮转向系统的影响，通过质心侧偏角进行相平面稳定性研究，采用质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图表征系统稳定性。创新性地加入轮胎转角作为影响因素表述相平面稳定域边界，以有效表述在极限工况下四轮转向系统的稳定性。分析四轮转向系统在不同前轮转角、车辆纵向速度和路面附着系数条件下，质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面稳定域的变化规律，研究相平面稳定域边界的划分方法，为极限工况下的稳定性控制策略的制定提供基础。 （3）针对低路面附着系数的极限工况，设计考虑多种工况的路面附着系数识别方法。针对轮胎非线性问题，研究基于BP神经网络的轮胎侧偏刚度估计方法，设计基于多模型理论的非线性模型预测控制策略，并搭建CarSim与Simulink联合仿真平台。低路面附着系数下双移线工况仿真结果表明，相比于未考虑稳定性因素和未考虑轮胎非线性的模型预测控制器，所设计的非线性多模型预测控制策略可以在提高跟踪精度的同时保证四轮转向车辆的稳定性。 |
| 作者： | 吴子涵 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 王春燕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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