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原文传递四轮转向汽车的建模与仿真分析

论文题名：	四轮转向汽车的建模与仿真分析
关键词：	四轮转向;操纵稳定性;分数阶;仿真分析;动量矩定理
摘要：	近几十年来，我们国家的经济得到了迅猛的发展，在此期间，汽车行业的发展也进入了快速道，已经成为我国的支柱产业之一。然而，随着越来越多的汽车走进千家万户，交通事故频繁发生，汽车的安全性越来越受到人们的关注，与汽车安全性密切相关的汽车操纵稳定性由此成为人们关注的焦点。汽车转向系统的好坏对汽车的操纵稳定性有着直接的影响，如何设计高效的转向系统是汽车设计中的一个重要环节，也是汽车安全性的一大研究主题。传统的前轮转向系统由于存在低速转向时转弯半径大、机动性差，高速转向时操纵稳定性不好等缺点越来越不能满足人们对汽车性能的要求。随着对汽车动力学的深入研究，人们开始认识到，四轮转向系统可以有效地提高汽车低速转向时的机动性及高速转向时的操纵稳定性，因此四轮转向系统在沉寂了多年之后目前又成为底盘控制技术的研究热点。　　本文根据牛顿矢量力学体系的动量定理、动量矩定理及牛顿第二定律，推导出二自由度四轮转向汽车动力学模型，并在ADAMS/CAR中建立起包括汽车轮胎、悬架系统、转向系统、制动系统、发动机及车身等子系统的四轮转向整车多体动力学模型。　　以二自由度四轮转向动力学模型为例，对三种经典的四轮转向控制方法进行研究，仿真结果表明这三种控制方法均在一定程度上改善了汽车低速时的机动性及中高速时的操纵稳定性，但都存在各自的不足，即不能同时达到汽车质心侧偏角基本保持为零和横摆角速度稳态增益保持在理想值附近的目标。为了解决这个问题，本文提出了一种新的四轮转向控制方法--分数阶PID控制方法，并对该方法控制下的四轮转向汽车进行操纵稳定性仿真试验，仿真结果证明该方法控制下的四轮转向系统可以使汽车在转向过程中质心侧偏角基本保持为零，且横摆角速度能够保持在理想值附近，即不仅提高了汽车的操纵稳定性，并且能够使习惯于驾驶前轮转向汽车的驾驶员可以很好地适应四轮转向汽车的驾驶。　　由于二自由度四轮转向动力学模型是基于众多假设的条件下推导出来的，与实车存在很大的差别，因此它的仿真结果具有一定的局限性，不够准确。为了给实车提供更为准确更具参考价值的仿真结果，本文对非常逼近实车的四轮转向整车多体动力学模型也进行了控制研究，在分数阶PID的基础上，引入模糊控制理论，设计模糊分数阶PID控制器，仿真结果证明用该控制器对四轮转向整车多体动力学模型进行控制，可以使汽车获得良好的操纵稳定性。
作者：	沈扬凤
专业：	车辆工程
导师：	苏楚奇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文