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四轮转向汽车的动特性及其鲁棒控制研究
| 论文题名： | 四轮转向汽车的动特性及其鲁棒控制研究 |
| 关键词： | 四轮转向汽车;动力学模型;鲁棒控制;转向特性;线性矩阵不等式 |
| 摘要： | 随着汽车技术的不断发展，现代汽车的速度越来越高，汽车的操纵稳定性直接关系着乘员的人身安全，客观上要求汽车具有更快的跟随驾驶员指令的反应能力，因此，四轮转向(4WS)技术应运而生。四轮转向技术是一种对汽车的前轮转向和后轮转向同时进行控制以改善转向特性的汽车动力学控制技术。相比传统两轮转向汽车，四轮转向系统还根据汽车当前运动状态对后轮转向进行控制，提高了汽车转向的瞬态响应特性，从而增强了操纵稳定性和主动安全性。 本文在四轮转向系统的动特性和控制研究上进行探索，取得了以下成果： 首先，介绍了四轮转向汽车的主要转向方式并和2WS汽车进行对比，得出其优势所在。建立了四轮转向汽车的三自由度和二自由度动力学模型，由4WS车辆的二自由度模型，推导出了前后轮前馈和反馈组合控制方式的四轮转向汽车的传递函数和状态空间方程。对四轮转向汽车进行转向特性分析，对前轮角阶跃输入下的汽车稳态响应和瞬态响应进行了研究和分析。 其次，阐述了线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality：LMI)的处理方法及其相关定理，并对LMI问题的求解算法进行了简要的描述。建立了基于外界干扰的4WS线性二自由度模型。应用H∞鲁棒控制理论、输出反馈H2/H∞混合控制理论和状态反馈H2/H∞混合控制理论，结合LMI方法，采用零侧偏角控制策略，设计出前轮转向角比例前馈加横摆角速度比例反馈控制来控制后轮转向的不同的最优控制器。参考国内某轿车的基本参数，运用Matlab/simulink平台进行仿真，并将仿真结果分别与传统的2WS汽车模型仿真结果进行比较。 最后，将三种控制理论设计系统仿真得到的结果进行比较。结果表明：输出反馈H2/H∞混合控制设计能够最为迅速的使系统达到稳定状态，且有很小的超调量，控制效果最好。 总之，本课题从理论上对四轮转向汽车的动特性与控制方法进行了深入的研究，将H2和H∞混合控制设计出的控制律具有其他方法无可比拟的稳定鲁棒性且对外界干扰具有良好的抑制性能。 |
| 作者： | 杨秀林 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 钟绍华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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