汽车四轮转向操纵稳定性分析及模糊控制仿真研究

论文摘要

汽车四轮转向是汽车研究与应用的新技术。与二轮转向汽车相比,四轮转向汽车有如下优点：低速转弯时,转向半径小,汽车的灵活性高；高速行驶时,能迅速改变车道,而车身又不致产生大的摆动,减少了摆尾产生的可能性,使司机更容易控制汽车的姿态。首先,根据二自由度两轮转向模型建立了四轮转向模型,并对比例控制和横摆角速度反馈控制两种方法进行了分析,分析结果表明四轮转向的操纵性和稳定性要比两轮转向好很多,且横摆角速度反馈控制比比例控制的效果要好。其次,通过对ADAMS软件的学习,对ADAMS/CAR内部模块以及根据已知四轮转向汽车结构参数进行修改,建立了前悬架,后悬架以及转向系和轮胎,从而最后建立4WS汽车整车虚拟样机模型。再次,在虚拟样机模型基础上,对4WS在转向盘角阶跃和单正弦情况下瞬态响应特性进行了仿真试验,利用稳态回转试验分析了4WS的稳态特性,结果表明四轮转向的的操纵稳定性比两轮转向更好。最后,利用MATLAB的Fuzzy Logic Toolbox工具箱建立后轮转角模糊控制器：通过设计质心侧偏角反馈控制模糊控制器和横摆角速度反馈控制模糊控制器,分析了质心侧偏角反馈控制、横摆角速度反馈控制和质心侧偏角与横摆角速度联合反馈控制的方法,对三种控制方法分别与比例控制虚拟样机、比例控制4WS数学模型、两轮转向虚拟样机进行了对比仿真分析,结果表明模糊控制下4WS虚拟样机具有较好的操纵稳定性,并且两者联合反馈的控制效果要比单一反馈的控制效果要好。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 本论文所用的符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 四轮转向汽车的研究意义
• 1.2 四轮转向汽车的研究现状
• 1.2.1 四轮转向国外研究情况
• 1.2.2 四轮转向国内研究情况
• 1.2.3 目前国内外新兴起的四轮转向控制技术
• 1.3 虚拟样机技术及仿真技术概述
• 1.3.1 仿真技术的简介及发展
• 1.3.2 虚拟样机技术的简介及发展
• 1.4 ADAMS多体动力学理论简介
• 1.4.1 ADAMS软件的简介
• 1.4.2 机械系统动力学分析
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 第2章 汽车动力学模型和控制分析
• 2.1 二自由度两轮转向模型
• 2.2 二自由度四轮转向模型
• 2.3 四轮转向系统的控制方法
• 2.3.1 前后轮转角比例控制
• 2.3.2 横摆角速度反馈控制
• 2.4 本章小结
• 第3章 整车虚拟样机模型建立
• 3.1 ADAMS/CAR环境变量设置
• 3.2 前悬架模型的建立
• 3.3 后悬架模型的建立
• 3.4 转向系建立
• 3.5 车身模型的建立
• 3.6 轮胎模型建立
• 3.7 路面模型的建立
• 3.8 4WS模型的建立
• 3.9 本章小结
• 第4章 4WS汽车虚拟样机操纵稳定性分析
• 4.1 汽车稳定性评价方法及研究的理论基础
• 4.2 四轮转向汽车稳定性仿真试验
• 4.2.1 四轮转向汽车瞬态特性仿真分析
• 4.2.2 四轮转向汽车稳态回转试验
• 4.3 本章小结
• 第5章 四轮转向模糊控制器的设计
• 5.1 模糊控制理论概述
• 5.2 模糊控制的特点
• 5.3 模糊逻辑控制器基本结构与组成
• 5.3.1 模糊逻辑控制器基本结构
• 5.3.2 模糊逻辑控制器组成
• 5.4 模糊四轮转向控制器设计
• 5.4.1 模糊控制基本量的选择
• 5.4.2 模糊控制规则的建立及模糊推理和反模糊化
• 5.5 本章小结
• 第6章 基于模糊控制的四轮转向仿真分析
• 6.1 基于质心侧偏角的反馈控制仿真
• 6.1.1 质心侧偏角反馈控制的模糊控制器的设计
• 6.1.2 基本论域、论域、模糊集以及量化因子和比例因子的确定
• 6.1.3 控制规则和隶属度函数的确定
• 6.1.4 仿真模型及其结果
• 6.2 基于横摆角速度的反馈控制仿真
• 6.2.1 横摆角速度反馈控制的模糊控制器的设计
• 6.2.2 基本论域、论域、模糊集以及量化因子和比例因子的确定
• 6.2.3 控制规则和隶属度函数的确定
• 6.2.4 仿真模型及其结果
• 6.3 基于横摆角速度与质心侧偏角联合仿真
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢