四轮转向车辆建模与转向稳定性研究
发布时间：2021-04-06 20:30
四轮转向（4WS）技术作为提高车辆操纵稳定性和行驶安全性的有效控制方式之一,已经受到越来越多的关注和研究。大量研究和实车测试表明,4WS技术在改善车辆低速转向灵活性,提高高速行驶安全性方面有着显著优越性。基于此,本文以四轮转向车辆为研究对象,旨在研究影响四轮转向车辆操稳性的因素,探寻四轮转向更好的控制策略和控制方法,主要研究内容如下:（1）根据牛顿第二定律和牛顿力学矢量体系,建立二自由度、三自由度四轮转向车辆数学模型,分别对两种模型进行仿真对比分析,仿真结果表明三自由度模型仿真曲线与车辆真实的转向特性更加贴合。其次,基于二自由度车辆模型的横摆角速度增益公式,通过利用Matlab编程,得到了2WS和4WS横摆角速度增益曲线,仿真图像表明四轮转向相比于两轮转向车辆有较好的转向特性。（2）以二自由度四轮转向数学模型为例,建立前后轮比例控制和比例加横摆反馈联合控制两种常用控制方法,分析在该两种控制方法下前轮角阶跃激励对4WS车辆稳态的影响,仿真结果表明这两种控制方法在低速和高速控制时各有优缺点,相比前轮转向均在一定程度上改善了车辆低速时的灵活性及中高速时的转向稳定性。（3）四轮转向后轮控制方法...
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.1.1 课题的研究背景
1.1.2 课题的研究意义
1.2 四轮转向技术简介
1.2.1 四轮转向的特点及优势
1.2.2 常见的四轮转向系统
1.3 四轮转向技术的研究现状及发展趋势
1.3.1 国内外研究现状
1.3.2 四轮转向发展趋势
1.4 本文主要研究内容
第二章 车辆动力学模型及四轮转向特性分析
2.1 四轮转向二自由度车辆动力学模型
2.1.1 简化四轮转向车辆模型
2.1.2 建立动力学数学模型
2.2 四轮转向三自由度车辆动力学模型
2.3 方向盘角阶跃对4WS的稳态影响
2.3.1 控制策略及控制方法的建立
2.3.2 角阶跃输入下仿真分析
2.4 本章小结
第三章 四轮转向车辆模糊PID控制方法
3.1 模糊控制的基本概述
3.1.1 模糊控制的诞生和应用
3.1.2 模糊控制的优势
3.1.3 模糊控制系统的基本组成
3.2 PID控制原理基础
3.3 四轮转向后轮控制方法的研究
3.3.1 模糊PID控制器基本原理
3.3.2 控制策略的确定
3.3.3 自适应模糊控制器的设计
3.3.4 推导理想的参考模型
3.4 基于粒子群优化的模糊PID参数
3.4.1 模糊PID参数优化的基本思想
3.4.2 粒子群优化模糊PID参数的实现过程
3.4.3 基于粒子群算法的模糊PID控制器优化设计
3.5 本章小结
第四章 Adams四轮转向车辆建模与联合仿真
4.1 Adams四轮转向车辆模型建模
4.1.1 悬架模型
4.1.2 转向系统模型
4.1.3 选择轮胎模型
4.1.4 道路模型
4.1.5 其他结构模型
4.1.6 模型的装配
4.2 基于Adams的4WS整车联合仿真
4.2.1 确定模型的输入输出变量并导出模型
4.2.2 联合仿真模型的建立
4.2.3 转向稳定性的试验仿真分析
4.3 本章小结
第五章 时滞对含助力转向的4WS车辆操稳性的影响
5.1 车辆助力转向系统简介
5.2 人-车闭环系统模型
5.2.1 驾驶员模型
5.2.2 含时滞量的电动助力转向系统
5.2.3 建立人-车闭环系统仿真模型
5.3 时滞影响下的仿真结果及分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 不足与展望
参考文献
攻读硕士学位期间参与课题及发表论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fuzzy Behavior-based Control of Three Wheeled Omnidirectional Mobile Robot[J]. Nacer Hacene,Boubekeur Mendil. International Journal of Automation and Computing. 2019(02)
[2]汽车电动助力转向系统研究与开发[J]. 黄志兵. 南方农机. 2018(24)
[3]粒子群算法自寻优模糊PID控制器设计[J]. 杨洋,张秋菊. 机械制造与自动化. 2018(03)
[4]基于H∞鲁棒控制的电动助力转向系统控制研究[J]. 孔令强,曹鹏. 科技创新与应用. 2017(08)
[5]ADAMS/Car与MATLAB联合仿真在《汽车理论》教学中的应用[J]. 张文灿. 科技视界. 2016(07)
[6]四轮转向车辆的径向基函数神经网络复合控制器设计[J]. 高琳琳,金立生,郑义,李科勇. 吉林大学学报(工学版). 2016(02)
[7]轮胎动态模型研究的进展[J]. 危银涛,冯希金,冯启章,刘源,何园. 汽车安全与节能学报. 2014(04)
[8]一种云自适应粒子群优化的模糊PID控制器设计[J]. 应明峰,王海祥,翟力欣. 计算机测量与控制. 2013(12)
[9]四轮转向汽车最优转向控制研究[J]. 李辰旸,罗文广. 计算技术与自动化. 2013(04)
[10]人-车-路闭环4WS车辆操纵稳定性仿真研究[J]. 羊玢,孙庆鸿,陈宁,田杰,张晨强. 机械设计. 2013(11)
硕士论文
[1]四轮转向汽车横向动力学特性及其控制[D]. 刘锁铭.鲁东大学 2018
[2]四轮转向电动叉车建模与转向稳定性控制研究[D]. 邵新明.合肥工业大学 2017
[3]四轮转向车辆的后轮转向控制策略研究[D]. 乔建璐.太原科技大学 2017
[4]基于车轮转矩的四轮转向模糊控制策略研究[D]. 陈真权.北京理工大学 2016
[5]四轮转向系统控制策略对比研究[D]. 周佳.北京理工大学 2015
[6]基于主动四轮转向系统的高速汽车侧风稳定性控制研究[D]. 张辉.浙江大学 2014
[7]四轮转向车辆的控制策略研究[D]. 于金波.太原理工大学 2013
[8]某越野车刚柔耦合建模及动力学仿真[D]. 洪超.南京理工大学 2013
[9]时滞对汽车操纵稳定性影响研究[D]. 张翠翠.山东理工大学 2013
[10]汽车四轮转向系统转向特性的研究[D]. 胡国强.武汉理工大学 2012
本文编号：3122086
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.1.1 课题的研究背景
1.1.2 课题的研究意义
1.2 四轮转向技术简介
1.2.1 四轮转向的特点及优势
1.2.2 常见的四轮转向系统
1.3 四轮转向技术的研究现状及发展趋势
1.3.1 国内外研究现状
1.3.2 四轮转向发展趋势
1.4 本文主要研究内容
第二章 车辆动力学模型及四轮转向特性分析
2.1 四轮转向二自由度车辆动力学模型
2.1.1 简化四轮转向车辆模型
2.1.2 建立动力学数学模型
2.2 四轮转向三自由度车辆动力学模型
2.3 方向盘角阶跃对4WS的稳态影响
2.3.1 控制策略及控制方法的建立
2.3.2 角阶跃输入下仿真分析
2.4 本章小结
第三章 四轮转向车辆模糊PID控制方法
3.1 模糊控制的基本概述
3.1.1 模糊控制的诞生和应用
3.1.2 模糊控制的优势
3.1.3 模糊控制系统的基本组成
3.2 PID控制原理基础
3.3 四轮转向后轮控制方法的研究
3.3.1 模糊PID控制器基本原理
3.3.2 控制策略的确定
3.3.3 自适应模糊控制器的设计
3.3.4 推导理想的参考模型
3.4 基于粒子群优化的模糊PID参数
3.4.1 模糊PID参数优化的基本思想
3.4.2 粒子群优化模糊PID参数的实现过程
3.4.3 基于粒子群算法的模糊PID控制器优化设计
3.5 本章小结
第四章 Adams四轮转向车辆建模与联合仿真
4.1 Adams四轮转向车辆模型建模
4.1.1 悬架模型
4.1.2 转向系统模型
4.1.3 选择轮胎模型
4.1.4 道路模型
4.1.5 其他结构模型
4.1.6 模型的装配
4.2 基于Adams的4WS整车联合仿真
4.2.1 确定模型的输入输出变量并导出模型
4.2.2 联合仿真模型的建立
4.2.3 转向稳定性的试验仿真分析
4.3 本章小结
第五章 时滞对含助力转向的4WS车辆操稳性的影响
5.1 车辆助力转向系统简介
5.2 人-车闭环系统模型
5.2.1 驾驶员模型
5.2.2 含时滞量的电动助力转向系统
5.2.3 建立人-车闭环系统仿真模型
5.3 时滞影响下的仿真结果及分析
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 不足与展望
参考文献
攻读硕士学位期间参与课题及发表论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fuzzy Behavior-based Control of Three Wheeled Omnidirectional Mobile Robot[J]. Nacer Hacene,Boubekeur Mendil. International Journal of Automation and Computing. 2019(02)
[2]汽车电动助力转向系统研究与开发[J]. 黄志兵. 南方农机. 2018(24)
[3]粒子群算法自寻优模糊PID控制器设计[J]. 杨洋,张秋菊. 机械制造与自动化. 2018(03)
[4]基于H∞鲁棒控制的电动助力转向系统控制研究[J]. 孔令强,曹鹏. 科技创新与应用. 2017(08)
[5]ADAMS/Car与MATLAB联合仿真在《汽车理论》教学中的应用[J]. 张文灿. 科技视界. 2016(07)
[6]四轮转向车辆的径向基函数神经网络复合控制器设计[J]. 高琳琳,金立生,郑义,李科勇. 吉林大学学报(工学版). 2016(02)
[7]轮胎动态模型研究的进展[J]. 危银涛,冯希金,冯启章,刘源,何园. 汽车安全与节能学报. 2014(04)
[8]一种云自适应粒子群优化的模糊PID控制器设计[J]. 应明峰,王海祥,翟力欣. 计算机测量与控制. 2013(12)
[9]四轮转向汽车最优转向控制研究[J]. 李辰旸,罗文广. 计算技术与自动化. 2013(04)
[10]人-车-路闭环4WS车辆操纵稳定性仿真研究[J]. 羊玢,孙庆鸿,陈宁,田杰,张晨强. 机械设计. 2013(11)
硕士论文
[1]四轮转向汽车横向动力学特性及其控制[D]. 刘锁铭.鲁东大学 2018
[2]四轮转向电动叉车建模与转向稳定性控制研究[D]. 邵新明.合肥工业大学 2017
[3]四轮转向车辆的后轮转向控制策略研究[D]. 乔建璐.太原科技大学 2017
[4]基于车轮转矩的四轮转向模糊控制策略研究[D]. 陈真权.北京理工大学 2016
[5]四轮转向系统控制策略对比研究[D]. 周佳.北京理工大学 2015
[6]基于主动四轮转向系统的高速汽车侧风稳定性控制研究[D]. 张辉.浙江大学 2014
[7]四轮转向车辆的控制策略研究[D]. 于金波.太原理工大学 2013
[8]某越野车刚柔耦合建模及动力学仿真[D]. 洪超.南京理工大学 2013
[9]时滞对汽车操纵稳定性影响研究[D]. 张翠翠.山东理工大学 2013
[10]汽车四轮转向系统转向特性的研究[D]. 胡国强.武汉理工大学 2012
本文编号：3122086
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