汽车四轮转向鲁棒控制方法研究及应用

论文摘要

四轮转向(Four Wheel Steering,简写为4WS)控制技术是一种相比传统的两轮转向技术能显著改善汽车的转向特性,提高汽车高速行驶的稳定性和低速转弯和泊车的机动灵活性的先进转向技术。本文在分析和研究前人研究成果的基础之上提出了一种前轮满足转向梯形机构,后轮分别采用两个电机进行转向控制的三自由度汽车四轮转向鲁棒控制系统。使控制效果最终达到转向时四个车轮同时进行转动并且将所受外界干扰抑制到最低从而保持一个稳定的最佳操纵状态。利用MATLAB/simulink软件进行仿真分析,数字仿真结果表明采用鲁棒控制方法能够满足四轮转向车辆在不同工况下的最佳控制要求,可获得较理想的控制效果。为了验证本文所设计的控制方案的可行性和控制效果的好坏,制造一辆四轮转向模型车代替实车进行试验,本文对模型车控制系统的硬件电路进行设计,选用DSP作为数字控制器的核心器件,利用电机驱动芯片来控制直流电机的转动来实现四轮转向模型车的运行,同时应用CC1110FX射频芯片完成模型车的无线控制功能。最后应用CC2000软件完成控制器的软件设计。

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
• 1.3 课题的研究目的及意义
• 1.4 四轮转向机理
• 1.4.1 阿克曼定理与转向梯形机构
• 1.4.2 四轮转向系统的基本组成及工作原理
• 1.4.3 四轮转向系统的控制类型
• 1.4.4 四轮转向控制目标
• 1.4.5 四轮转向的几种主要控制方法
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第二章 汽车四轮转向系统动力学分析及系统建模
• 2.1 转向方式分析与要求
• 2.1.1 转向方式分析
• 2.1.2 转向系统要求
• 2.2 四轮转向模型车介绍
• 2.3 几种四轮转向车辆模型
• 2.4 常用四轮转向轮胎力学模型
• 2.5 一种新的线性三自由度四轮转向汽车动力学模型
• 2.6 本章小结
• 第三章 汽车四轮转向控制方案的研究
• 3.1 鲁棒控制理论基础
• 3.1.1 鲁棒性
• 3.1.2 鲁棒性能指标
• 3.1.3 不确定性的描述
• 3.1.4 标准鲁棒控制问题
• 3.1.5 鲁棒控制系统及系统灵敏度
• ∞控制方法概述'>3.2 H_∞控制方法概述
• ∞控制器设计'>3.3 H_∞控制器设计
• ∞控制器模型特性分析'>3.3.1 H_∞控制器模型特性分析
• 3.3.2 4WS 模型车辆系统的可控制性与可观测性
• 3.3.3 4ws 模型车辆系统的状态观测器设计
• 3.3.4 仿真与计算分析
• 3.4 μ综合鲁棒控制方法研究
• 3.4.1 结构奇异值μ的定义
• 3.4.2 μ分析
• 3.4.2.1 鲁棒稳定性定理
• 3.4.2.2 鲁棒性能定理
• 3.4.3 μ综合鲁棒控制器
• 3.5 本章小结
• 第四章 汽车四轮转向控制器硬件电路设计
• 4.1 硬件电路总体设计方案
• 4.2 四轮转向模型汽车控制系统硬件组成
• 4.3 模型车主控制器电路设计
• 4.3.1 主控制器DSP 芯片
• 4.3.2 电源模块设计
• 4.3.3 输入模块设计
• 4.3.4 输出模块设计
• 4.3.4.1 电机驱动系统设计
• 4.3.4.2 电磁制动器驱动系统设计
• 4.4 CAN 总线控制器模块
• 4.4.1 CAN 总线技术概述
• 4.5 无线通信系统设计
• 4.6 电磁兼容和PCB 设计
• 4.7 传感器部分设计
• 4.7.1 转角传感器
• 4.7.2 超声波传感器
• 4.7.3 转速传感器
• 4.7.4 车身状态传感器
• 4.8 本章小结
• 第五章 汽车四轮转向控制系统软件设计
• 5.1 无线通信模块
• 5.1.1 CC1110 射频通信模块开发环境
• 5.1.2 主程序
• 5.1.3 自检子程序
• 5.1.4 串口通信子程序
• 5.1.5 无线收发程序
• 5.2 车载数字控制器程序
• 5.2.1 开发环境CCS 简介
• 5.2.2 主程序
• 5.2.3 车身信息发送程序
• ∞鲁棒控制主程序'>5.2.4 H_∞鲁棒控制主程序
• 5.2.5 A/D 采样子程序
• 5.2.6 串口通信子程序
• 5.2.7 PWM 控制信号产生子程序
• 5.2.8 中断子程序
• 5.3 本章总结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 在学期间发表的论著及取得的研究成果