线控转向系统主动转向控制研究

发布时间：2020-04-25 22:59

【摘要】：线控转向系统(Steer by wire,SBW)取消了方向盘和转向轮之间的机械连接,具有可变传动比的特点,并能根据车辆的状态进行主动转向控制,对于提高车辆的操纵稳定性具有重要研究意义。本文对线控转向系统主动转向控制进行研究。首先,以Matlab/Simulink和CarSim软件为工具,建立了SBW汽车仿真平台,选取了角阶跃试验工况和双移线试验工况进行了仿真试验。仿真结果表明,建立的SBW汽车模型具有较好的角跟随特性,能准确的描述车辆的运动状态。其次,在分析车速和路面附着系数对汽车瞬态转向特性影响的基础上,基于稳态横摆角速度增益一定,设计了SBW系统在不同附着系数路面下的变角传动比,选取了双移线试验工况和稳态回转试验工况进行了仿真试验。结果表明,具有变角传动比的SBW汽车在不同附着系数路面下都有良好的操纵稳定性。再次,建立了附着率和滑移率的线性回归关系,利用RLS算法对回归系数K进行了辩识,根据辨识的K值求得当前路面附着系数的估计值,选取了直线加速试验工况进行了仿真验证。结果表明,RLS估计算法在高、低附着系数路面都有较高的估计精度。在建立4自由度车辆动力学模型的基础上,设计了基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)算法的车辆状态观测器,对车辆质心侧偏角、侧倾角和侧倾角速度进行了估计,选取了连续正弦转向试验工况进行了仿真验证。结果表明,建立的观测器在高、低附着系数路面都有较高的估计精度,对车速的变化有较好的鲁棒性。最后,考虑到车辆系统的非线性和时滞时变性,提出了一种基于线性时变模型预测控制(LTV-MPC)的主动转向控制方法。在考虑车辆横摆、侧向和侧倾三个方向稳定性的基础上,选取横摆角速度ω_r、质心侧偏角β和侧翻指数RI作为控制目标,设计了一种包括4种控制模式的模型预测切换控制器,并进行了极限工况下的仿真试验。结果表明,MPC切换控制器能够将控制目标限定在稳定范围内,通过附加前轮转角防止了车辆在高速急转弯工况下发生侧翻的危险,但是由于附加转角减小了前轮转角,从而增加了转弯半径,导致车辆在紧急避障时不能顺利避开障碍物。
【图文】：

示意图,方向盘,模块结构,执行电机

图 2.1 方向盘模块结构示意图 Fig. 2.1 Sketch map of steering module BLDC 电磁转矩方程： = 式中，，为路感模拟电机转子角速度。2.1.2 前轮转向模块模型前轮转向模块包括转向执行组件、齿向执行组件是指转向执行电机及其减速器式转向器；左、右转向前轮组件是指左右转模中忽略转向执行电机与转向车轮之间的传（1）转向执行组件：由转向执行电机

示意图,前轮转向,模块结构,执行电机

线控转向系统主动转向控制研究 )为转向执行电机作用在齿条上的力矩；为转向执行电机转子转动惯量；为转向执行电机粘性阻尼系角；为转向执行电机转子扭转刚度；为齿条位移；位移的传动比；为转向小齿轮半径。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.4

【参考文献】