全轮转向五轴汽车操纵稳定性的动态控制研究
发布时间：2021-07-11 05:20
在现代生活过程中,人们对于车辆出行的稳定性和安全性需求愈来愈高。与四轮汽车相比,多轴汽车往往承担着特殊作业任务,由于其工作环境差且自身结构特殊,多轴汽车的操纵稳定性和安全性明显较弱。多轴汽车在转向过程中车速高重心高,很多交通事故是由于转向过程中的侧向失衡导致的,因此需要一种良好的转向控制策略来提高多轴汽车的行驶稳定性。本文从如下几个方面展开。本文在ADAMS/View中建立五轴全轮转向26自由度车辆模型,在MATLAB/Simulink中建立控制模型,将两种软件的优势结合起来,能够得到更精确的试验结果。以某五轴油田钻井车为模型进行建模,其中每个车轮可独立驱动或转向,这种复杂结构存在很多自由度,对操纵稳定性的研究比较费时费力,为了方便研究,缩减模型自由度个数,建立二自由度动力学模型。基于主动后轮转向阿克曼理论可得到各车轮转角,在多轴汽车转向过程动态控制D值（转向中心到第一轴的距离）,利用后轮主动转向来改善汽车操纵稳定性[1]。对于PID控制系统部分,运用不完全微分控制算法来降低系统的高频振荡,提高系统稳定性。本文基于横摆角速度的PID控制方式,即把横摆角速度的实际值与目标值的差值作为PI...
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
某油田钻井车的结构
青岛理工大学工程硕士学位论文2为了躲避其他车辆，驾驶员猛打方向盘，使多轴汽车转向过度因而发生失稳状况。这就需要一种汽车操纵稳定性控制系统，适应不断变化的行驶环境，当多轴汽车失稳或者即将失稳的时候及时辅助驾驶员一起操纵汽车，规避事故，保护驾乘人员的人身和财产安全，并且能降低驾驶员的操作难度，消除经验不足的驾驶员的紧张感。图1.2多轴重型汽车车祸现场图Fig1.2Sceneofmulti-axleheavy-dutyvehicleaccident汽车转向系统的好坏影响着汽车操纵稳定性的好坏。转向系统是一种根据驾驶员的意图操控汽车行驶的底盘系统，汽车转弯过程的稳定性及安全性成为研究热潮。主动转向系统的功能特点是当车辆在恶劣工况下高速转向行驶而失稳或即将失稳，并且驾驶员由于经验不足无法反应或者反应较慢时，控制系统自动调整车轮转角，提供额外的驱动力矩使汽车得到稳定行驶。目前汽车主动转向系统主要有两种：主动前轴转向（activefontsteering,AFS）系统、主动后轴转向（activerearsteering,ARS）系统。主动前轮转向系统可根据车速、行驶环境等因素辅助转向，转向控制器信号和方向盘信号共同决定前轮转角的大校然而，多轴汽车后轮主动转向系统与以前的前轮转向系统存在很多差异，汽车后轮主动转向系统的前后轮均参与转向，增加了一些调整后轮转向的结构：电机、转向控制器等，后轮控制器可操控后轮转向动作，将多轴汽车的状态参数以及运动信息传送给控制器，再将控制信息传递给后轮转向电机，实现后轮主动转向[4]；并且多轴汽车可以根据不同车速和转向环境调整转向动作，决策哪些车轮参与转向。在传统汽车驾驶过程中，驾驶员操纵方向盘实现多轴汽车转向的。对于经验匮乏的新驾驶员来说，在汽车行驶过程当中他们遇到突发情况会引发驾驶员心情?
青岛理工大学工程硕士学位论文12在，学者们研发了很多控制方法，控制目标主要有横摆角速度、车轮侧偏角等。如图2.1为车辆稳定性控制系统的组成图，其中“信号输入”部分通过各种传感器获得信号，如转向角传感器、车速传感器等。2.3五轴汽车操纵动力学模型建立2.3.1线性二自由度动力学方程线性二自由度模型是最简单的车辆模型，假设不存在簧载质量的动力学问题，假定汽车平行于地面做平面运动，将复杂的汽车变成简单的“自行车模型”。五轴汽车实际行驶过程是极其复杂的，二自由度模型的缺点在于涉及参数较少，不能全面剖析多轴汽车的转向性能。但在线性范围内，两自由度模型的精度可以达到70%以上。因此本文车辆动力学模型选择二自由度模型。在建立二自由度理想模型之前，做一些理想化的假设：（1）忽略空气阻力的作用；（2）为保证汽车在线性动力学系统工作，假设汽车的侧向加速度小于0.4g；（3）假定转向系统为刚性，将输入加到转向轮；（4）假设汽车行驶过程中，汽车的轮胎特性不变；（5）假设悬架系统为刚性；（6）设定汽车在平整的路面运动；（7）忽略地面切向力对轮胎的影响。图2.2五轴汽车全轮转向二自由度模型Fig2.2Five-axlevehiclefull-wheelsteeringtwo-degree-of-freedommodel
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于特殊PID控制的多轴汽车转向性能仿真分析[J]. 李运洪,朱永强. 福建工程学院学报. 2019(03)
[2]全轮转向非线性重型车辆稳定性集成控制研究[J]. 李韶华,张志达,周军魏. 振动与冲击. 2019(09)
[3]主动后轮转向及分布式驱动车辆协同控制研究[J]. 彭文正,敖银辉,邹晨祺,林子鹏,翁思贤. 机械科学与技术. 2020(02)
[4]PID控制方法研究[J]. 唐玉红. 电子世界. 2019(07)
[5]半挂汽车列车挂车主动转向控制研究[J]. 徐晓美,张磊,刘凯,陈宁. 汽车技术. 2018(11)
[6]基于变权重系数的LQR车辆后轮主动转向控制研究[J]. 谢宪毅,金立生,高琳琳,夏海鹏. 浙江大学学报(工学版). 2018(03)
[7]基于模糊控制的三轮全转向叉车转向研究[J]. 陈明,肖本贤. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(08)
[8]五轴全轮转向轮式机器人转向模式研究[J]. 张平霞,朱永强,黄瑞生,张西富. 机械设计与制造. 2015(03)
[9]五轴汽车同相位程度对转向性能的影响分析[J]. 张平霞,高利,朱永强. 系统仿真学报. 2015(03)
[10]多轴全地面起重机稳态转向特性分析[J]. 邵波,史青录,杜妮丝,武德,葛明此. 太原科技大学学报. 2015(01)
博士论文
[1]线控电动轮车辆驱动转向技术研究[D]. 张平霞.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]基于后轮主动转向系统高速汽车侧风稳定性研究[D]. 李斌.长春工业大学 2018
[2]某6×6全轮转向车辆操纵稳定性研究[D]. 邱智颖.北京理工大学 2016
[3]8×8多轴车辆操纵稳定性研究[D]. 裴鹏鹏.北京理工大学 2015
[4]电动轮式五轴汽车电动助力转向系统研究[D]. 张海源.青岛理工大学 2012
[5]多轴转向汽车基于Matlab/Simulink的转向特性研究[D]. 张维远.吉林大学 2011
[6]多轴转向车辆操纵稳定性控制策略研究[D]. 李华师.山东理工大学 2010
本文编号：3277420
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
某油田钻井车的结构
青岛理工大学工程硕士学位论文2为了躲避其他车辆，驾驶员猛打方向盘，使多轴汽车转向过度因而发生失稳状况。这就需要一种汽车操纵稳定性控制系统，适应不断变化的行驶环境，当多轴汽车失稳或者即将失稳的时候及时辅助驾驶员一起操纵汽车，规避事故，保护驾乘人员的人身和财产安全，并且能降低驾驶员的操作难度，消除经验不足的驾驶员的紧张感。图1.2多轴重型汽车车祸现场图Fig1.2Sceneofmulti-axleheavy-dutyvehicleaccident汽车转向系统的好坏影响着汽车操纵稳定性的好坏。转向系统是一种根据驾驶员的意图操控汽车行驶的底盘系统，汽车转弯过程的稳定性及安全性成为研究热潮。主动转向系统的功能特点是当车辆在恶劣工况下高速转向行驶而失稳或即将失稳，并且驾驶员由于经验不足无法反应或者反应较慢时，控制系统自动调整车轮转角，提供额外的驱动力矩使汽车得到稳定行驶。目前汽车主动转向系统主要有两种：主动前轴转向（activefontsteering,AFS）系统、主动后轴转向（activerearsteering,ARS）系统。主动前轮转向系统可根据车速、行驶环境等因素辅助转向，转向控制器信号和方向盘信号共同决定前轮转角的大校然而，多轴汽车后轮主动转向系统与以前的前轮转向系统存在很多差异，汽车后轮主动转向系统的前后轮均参与转向，增加了一些调整后轮转向的结构：电机、转向控制器等，后轮控制器可操控后轮转向动作，将多轴汽车的状态参数以及运动信息传送给控制器，再将控制信息传递给后轮转向电机，实现后轮主动转向[4]；并且多轴汽车可以根据不同车速和转向环境调整转向动作，决策哪些车轮参与转向。在传统汽车驾驶过程中，驾驶员操纵方向盘实现多轴汽车转向的。对于经验匮乏的新驾驶员来说，在汽车行驶过程当中他们遇到突发情况会引发驾驶员心情?
青岛理工大学工程硕士学位论文12在，学者们研发了很多控制方法，控制目标主要有横摆角速度、车轮侧偏角等。如图2.1为车辆稳定性控制系统的组成图，其中“信号输入”部分通过各种传感器获得信号，如转向角传感器、车速传感器等。2.3五轴汽车操纵动力学模型建立2.3.1线性二自由度动力学方程线性二自由度模型是最简单的车辆模型，假设不存在簧载质量的动力学问题，假定汽车平行于地面做平面运动，将复杂的汽车变成简单的“自行车模型”。五轴汽车实际行驶过程是极其复杂的，二自由度模型的缺点在于涉及参数较少，不能全面剖析多轴汽车的转向性能。但在线性范围内，两自由度模型的精度可以达到70%以上。因此本文车辆动力学模型选择二自由度模型。在建立二自由度理想模型之前，做一些理想化的假设：（1）忽略空气阻力的作用；（2）为保证汽车在线性动力学系统工作，假设汽车的侧向加速度小于0.4g；（3）假定转向系统为刚性，将输入加到转向轮；（4）假设汽车行驶过程中，汽车的轮胎特性不变；（5）假设悬架系统为刚性；（6）设定汽车在平整的路面运动；（7）忽略地面切向力对轮胎的影响。图2.2五轴汽车全轮转向二自由度模型Fig2.2Five-axlevehiclefull-wheelsteeringtwo-degree-of-freedommodel
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于特殊PID控制的多轴汽车转向性能仿真分析[J]. 李运洪,朱永强. 福建工程学院学报. 2019(03)
[2]全轮转向非线性重型车辆稳定性集成控制研究[J]. 李韶华,张志达,周军魏. 振动与冲击. 2019(09)
[3]主动后轮转向及分布式驱动车辆协同控制研究[J]. 彭文正,敖银辉,邹晨祺,林子鹏,翁思贤. 机械科学与技术. 2020(02)
[4]PID控制方法研究[J]. 唐玉红. 电子世界. 2019(07)
[5]半挂汽车列车挂车主动转向控制研究[J]. 徐晓美,张磊,刘凯,陈宁. 汽车技术. 2018(11)
[6]基于变权重系数的LQR车辆后轮主动转向控制研究[J]. 谢宪毅,金立生,高琳琳,夏海鹏. 浙江大学学报(工学版). 2018(03)
[7]基于模糊控制的三轮全转向叉车转向研究[J]. 陈明,肖本贤. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(08)
[8]五轴全轮转向轮式机器人转向模式研究[J]. 张平霞,朱永强,黄瑞生,张西富. 机械设计与制造. 2015(03)
[9]五轴汽车同相位程度对转向性能的影响分析[J]. 张平霞,高利,朱永强. 系统仿真学报. 2015(03)
[10]多轴全地面起重机稳态转向特性分析[J]. 邵波,史青录,杜妮丝,武德,葛明此. 太原科技大学学报. 2015(01)
博士论文
[1]线控电动轮车辆驱动转向技术研究[D]. 张平霞.北京理工大学 2015
硕士论文
[1]基于后轮主动转向系统高速汽车侧风稳定性研究[D]. 李斌.长春工业大学 2018
[2]某6×6全轮转向车辆操纵稳定性研究[D]. 邱智颖.北京理工大学 2016
[3]8×8多轴车辆操纵稳定性研究[D]. 裴鹏鹏.北京理工大学 2015
[4]电动轮式五轴汽车电动助力转向系统研究[D]. 张海源.青岛理工大学 2012
[5]多轴转向汽车基于Matlab/Simulink的转向特性研究[D]. 张维远.吉林大学 2011
[6]多轴转向车辆操纵稳定性控制策略研究[D]. 李华师.山东理工大学 2010
本文编号：3277420
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