后轮独立控制的四轮转向系统研究

论文摘要

汽车的四轮转向技术,在高速行驶时能明显地改善操纵稳定性;在低速行驶时能明显地减小转弯半径和操纵的灵活性。由于目前大量使用的还是前轮转向汽车,为了使这些车辆通过简单的改装也具有四轮转向的功能,论文以改装两个后轮使其成为两个独立转向后轮的四轮转向车作为研究对象,对其特性进行了研究。论文的主要工作如下:改装了后轮系统,使其具有转向功能,改装的后轮转向系统左右轮能实现独立转向。设计了电动后轮转向系统的转向机构、无刷直流电机及其驱动电路和基于DSP控制器的四轮转向控制电路。研究了改装汽车的后轮转向特性,分析了后轮转向系统的转向特性和理想四轮转向系统的高、低速转向特性。此外,着重研究了本系统的转向中心不一致引起的轮胎磨损。以四个车轮为研究对象,建立了三自由度汽车模型。以前轮几何关系、稳态质心侧偏角、三种典型四轮转向中心为约束的控制目标。并通过MATLAB/SIMULINK建立了仿真模型,对三种典型模式进行了仿真分析比较。考虑实际车轮的非线性,使用ADAMS建立了改装的四轮转向汽车的虚拟样机,此样机包括前/后悬架模型、前/后转向系模型、轮胎模型和车身模型。并结合MATLAB进行联合仿真,其仿真结果和三自由度车辆的SIMULINK仿真基本相同。通过论文的研究,得出了合适的控制约束使改装的汽车基本具有了四轮转向功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究课题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 本论文的主要内容
• 第二章 电驱动后轮转向系统设计方法
• 2.1 后轮转向系统的选择和总体设计方案
• 2.1.1 后轮转向系统的选择
• 2.1.2 后轮转向系统的总体设计方案
• 2.2 电动式后轮转向机构的设计方法
• 2.2.1 后轮转向结构设计
• 2.2.2 转向器匹配设计
• 2.2.3 驱动电机与减速器的选择及匹配
• 2.3 后轮定位参数确定方法的研究
• 2.4 电驱动后轮转向动力学建模方法
• 2.4.1 转向电机和减速机构模型
• 2.4.2 转向轴模型
• 2.5 后轮转向电机的驱动技术及电路设计
• 2.5.1 驱动芯片选择
• 2.5.2 功率开关管的选择
• 2.5.3 驱动电路及逆变电路
• 2.5.4 位置传感器
• 2.6 电驱动后轮转向控制器的设计方法介绍
• 2.6.1 微控制器选择
• 2.6.2 输入输出模块设计
• 2.6.3 传感器选择
• 2.7 电驱动后轮转向控制方法介绍
• 2.8 本章小结
• 第三章 转向系统特性研究
• 3.1 后轮转向系统的转向特性分析
• 3.2 理想四轮转向系统的转向特性分析
• 3.2.1 低速转向模式转向特性
• 3.2.2 高速转向模式转向特性
• 3.3 本系统四轮转向轮胎磨损特性分析
• 3.3.1 车轮的几何约束条件
• 3.3.2 轮胎磨损
• 3.4 四轮低速转向模式的不足
• 3.5 本章小结
• 第四章 四轮转向模型建立与 SIMULINK 仿真
• 4.1 三自由度四轮转向模型的建立
• 4.2 四轮转向控制目标和策略
• 4.2.1 前轮几何关系约束
• 4.2.2 稳态质心侧偏角约束
• 4.2.3 四轮转动中心约束
• 4.3 MATLAB/SIMULINK 仿真
• 4.3.1 MATLAB/SIMULINK 介绍
• 4.3.2 控制约束模型
• 4.3.3 整车模型
• 4.3.4 仿真结果及分析
• 4.4 小结
• 第五章 改装汽车的虚拟样机建模
• 5.1 ADAMS/Car 建模思路
• 5.2 改装汽车参数
• 5.3 改装汽车模型
• 5.3.1 前/后悬架模型
• 5.3.2 前/后转向系模型
• 5.3.3 轮胎模型
• 5.3.4 车身模型
• 5.3.5 道路模型
• 5.3.6 整车组装模型
• 5.4 本章小结
• 第六章 改装汽车 ADAMS/CAR 与 SIMULINK 联合仿真分析
• 6.1 联合仿真原理
• 6.2 联合仿真
• 6.2.1 改装汽车的输入输出变量设置
• 6.2.2 联合仿真步骤
• 6.2.3 联合仿真结果与分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论及展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果