基于模糊控制的三轴车辆全轮转向性能仿真.pdf

第28卷第13期
农业工程学报
Vol28 No13
2012 4F 7 F Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engincering
Jul.2012
基于模糊控制的三轴车辆全轮转向性能仿真
李华师',韩宝玲!,罗庆生2,王树凤3
(1.北京理工大学机械与车辆学院,北京100081:2.北京理工大学机电学院,北京100081
3.山东理工大学交通与车辆工程学院,淄博255049)
摘要:为了提高三轴车辆在极限工况下的稳定性,充分考虑轮胎的非线性特点以及车辆转向过程中轮胎垂直载荷的转
移情况,建立了三轴车辆全轮转向的非线性二白由度整车动力学模型,以车辆的质心侧偏角为零为控制目标,基于模糊
控制理论,采用前馈加状态反馈的控制方法设计了零质心側偏角比例前馈加质心侧偏角反馈的全轮转向模糊控制系统,
最后利用 MATLAB/Simulink建立了该控制系统的仿真模型,对控制系统在车辆极限转向工况下的控制性能进行了仿真验
证。结果表明,全轮转向模糊控制方法可使三轴车辆的质心側偏角基本为0,横摆角速度和侧向加速度均能很快达到稳
态值,因而可有效防止车辆在极豭转向工况下发生侧滑失稳,可显著提高车辆的主动安全性。
关键词:车辆,转向,模糊控制,非线性模型,仿真分析
doi:10.3969/iss1.1002-6819.2012.13.006
中阳分类号;U461.6
文献标志码:A
文章编号:1002-6819(2012)13-0034-08
李华师,韩宝玲,罗庆生,等.基于模糊控制的三轴车辆全轮转向性能仿真[J].农业工程学报,2012,28(13):34-41
Li Huashi, Han Baoling, Luo Qingsheng, et al. Simulation of all-wheel steering for three-axle vehicle based on fuzzy control J
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2012, 28(13): 34-41.(in Chinese
with English abstract)
0引言
随着多轴车辆车速的提高,对其高速稳定性,特别
是各种操纵柲限工况下的稳定性要求越来越高,当车辆
多轴转向技术是改善长车身、大盹位多轴载重车辆处于极限工况时,轮胎的非线性特点和左右轮胎垂直载
低速机动灵活性和高速操纵稳定性的有效手段。转向系荷的重新分配必须予以高度重视。本文以三轴车辆为研
统的控制策略是影响多轴车辆转向特性的一个主要因究对象,考虑轮胎的非线性特点以及车辆转向过程中轮
素,是多轴转向技术的研究重点。迄今为止,多轴转向胎垂直载荷的转移情况,对车辆在极限工况下的操纵稳
技术的理论还不十分成熟,三轴及以上多轴转向技术的定性进行分析控制,建立三轴全轮转向车辆的非线性整
研究尚处于初级阶段。文献[]建立了车载式火炮多桥转车模型,针对车辆的非线性特点,采用模糊控制算法,
向系统的二自由度模型,米用零质心侧偏角控制策略,设计全轮转向模糊控制系统。
分析了系统的时域和颊域响应。文献∽]建立了车载式火
炮多桥转向系统的线性三自由度模型,提出了横摆率跟
三轴全轮转向车辆的非线性整车动力学模型
踪的多轮转向最优控制策略。Huh等推导了所有车轮都
为便于分析车辆操纵稳定性的基本特性,将三轴全
参与转向的三轴汽车线性二自由度模型的运动微分方轮转向车辆简化为一个由6个具有側向弹性的轮胎支撑
程,并分析了中间车轮转向对整车转向特性的影响。于地面的二自由度(2DOF)车辆模型?,如图1所示。
S.J.An等和文献[5]提出了基于最优控制理论的多轴车
辆转向控制方法。文献[]和文献[?在多轴转向车辆和两
榭车辆的统一动力学模型的基础上,分别设计了基于模
型跟踪的控制系统和二自由度鲁棒控制系统。以上研究
主要是以提高车辆在大多数正常行驶工况下的操纵稳定
性为目的,采用线性车辆模型和线性控制算法,没有考
虑轮胎的非线性特点和转向过程中轮胎垂直载荷的转移
情况,而它们对车辆的转向特性是有着重要影响的,这
表明以上研究存在不足。文献[8]虽然考虑了轮胎的非线
性,但只是利用轮胎非线性侧偏特性的摄动模型对多轴注:m为整事质量:4为车辆横摆转动惯量:为质心侧编角:a为横据角
转向车辆的转向性能进行了分析。
速度;u为质心
纵向速度;v为质心倒向
返度;B
为各轴轮距;a、b、c分
别
为前轴、中轴及后轴到车辆质心的跑离;1、82、分别为前轮、中轮及后
轮转向角;以=~6)为各年轮轮速;aAI~6)为各轮侧偏角;FA1~6)
收稿日期:2012-01-03修订日期:2012-02-13
为地面对各轮的侧向反作用力
金项目:山东省自然科学基金资助项目(Q2006FO6)
图1三轴全轮转向车辆二自由度模型
作者简介:李华师(1985-),女,山东菏泽人,博土研究生,研究方向:
车辆系统动力学、特种机器人技术。 Email: lifen,498163c0m
Fig 1 2 DOF model of three-axle vehicle with all-wheel steering
万方数据